La membrana e il trasporto di membrana

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Daniella Carraro
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1 Clostridium botulinum. Batterio strettamente anaerobio che produce una tossina termostabile che è estremamente neurotossica per l uomo. Può proliferare nelle conserve vegetali e nelle conserve sott olio. Produce gas quando cresce, rigonfiando i contenitori delle conserve. N.B.: L'uso di nitrito quale conservante alimentare ha tra i suoi principali scopi quello di impedire il moltiplicarsi di Clostridium botulinum rigonfiamento 1 2

2 3 La membrana e il trasporto di membrana 4

3 Le membrane cellulari Struttura chimica del fosfolipide 5 La membrana cellulare degli archeobatteri Le membrane degli archea sono di due tipi: A) doppio strato lipidico; B) monostrato lipidico di tetraeteri di diglicerolo 6

4 Le funzioni della membrana cellulare Il reticolo di mureina della parete è facilmente permeabile ad acqua e soluti. Le membrane cellulari rappresentano pertanto la vera prima barriera che delimita fisicamente e chimicamente la cellula dall ambiente esterno Barriera permeabile rappresenta una superficie attiva e selettiva per il trasporto di nutrienti e metaboliti nella cellula e fuori dalla cellula Sito di ancoraggio di proteine coinvolte nel trasporto (import ed export) di molecole e sali e nel metabolismo in generale della cellula Conservazione dell energia sito di generazione e mantenimento della forza proton motrice la natura chimica della membrana permette la SEPARAZIONE DI CARICA 7 Il trasporto di membrana: concetti introduttivi A livello di membrana, le proteine deputate al trasporto sono generalmente distinte in due grosse categorie: proteine carrier e proteine channel. Le PROTEINE CARRIER, quando il soluto non è presente, posseggono una struttura tridimensionale che consente loro di legare il soluto stesso. Una volta che il soluto si è legato alla proteina carrier, il legame determina un cambio conformazionale nella molecola proteica. A tale cambiamento della conformazione consegue una diminuzione dell affinità della proteina carrier verso il soluto; il soluto viene così rilasciato. In seguito al rilascio del soluto, la proteina torna alla conformazione iniziale Le PROTEINE CHANNEL costituiscono un canale che attraversa la membrana; questo canale possiede condizioni chimico-fisiche adatte al passaggio di specifici soluti 8

5 IL TRASPORTO DI MEMBRANA Il trasporto attraverso la parete esterna dei batteri G negativi Acqua e soluti idrofili diffondono rapidamente attraverso la membrana esterna giungendo nel periplasma grazie a CANALI DI PORINA (detti PORI) I pori permettono il passaggio di molecole di dimensioni inferiori ai Dalton (x es. glucosio: 180 Da; un aminoacido ha una dimensione di circa 100 Da) Peptodoglicano Esistono pori che permettono il passaggio della vitamina B12 (1355 Da) secondo un meccanismo non ancora chiarito Il trasporto attraverso la membrana citoplasmitica Si distinguono i seguenti tipi di trasporto: TRASPORTO PASSIVO (diffusione semplice o diffusione facilitata) ATTIVO ([1] trasporto associato a ioni e [2] trasporto ABC) TRASLOCAZIONE DI GRUPPO (il sistema della fosfo-transferasi) 9 Il trasporto di membrana: video esplicativi Cell membrane: Passive transport: Active transport: 10

6 IL TRASPORTO PASSIVO Si basa sulla diffusione; non richiede energia, ma serve una differenza di concentrazione tra interno ed esterno affinché avvenga il passaggio DIFFUSIONE SEMPLICE O 2 ; CO 2 ; H 2 O DIFFUSIONE FACILITATA X es. glicerolo in E. coli o glucosio in Zymomonas e Streptococcus NON consente velocità e neppure selettività È una diffusione SELETTIVA, grazie a proteine che formano CANALI TRANSMEMBRANA SELETTIVI che facilitano il passaggio di molecole specifiche È rara nei batteri ma molto comune nei microrganismi eucarioti (è il meccanismo con cui Saccharomyces cerevisiae ottiene il glucosio) 11 IL TRASPORTO ATTIVO Favorisce l ingresso di un nutriente indipendentemente dal gradiente di concentrazione La cellula utilizza la propria energia metabolica per pompare ad alta velocità una molecola attraverso la membrana (molto spesso contro gradiente di concentrazione) Include molti meccanismi diversi tra loro, suddivisibili in 2 tipologie a seconda della fonte di energia utilizzata Trasporto Associato a Ioni È spinto dal gradiente elettrochimico (forza proto- o sodio-motrice) che si forma a livello di membrana; è ampiamente diffuso tra i batteri È anche detto Trasporto Attivo Secondario poiché il trasporto è preceduto dalla creazione del gradiente (con consumo di ATP o associata alla forza proton/motrice) La forza proto- o sodio-motrice è utilizzata come SIMPORTO, ANTIPORTO o UNIPORTO 12

7 IL TRASPORTO ATTIVO: Trasporto Associato a Ioni (Trasporto Attivo Secondario) Funzione della Lac permeasi di E. coli e altri tipi di trasporto conosciuti. I sistemi di uniporto, simporto ed antiporto sono guidati dalla forza proton-motrice che viene rigenerata attraverso le reazioni cataboliche cellulari Come vedremo in seguito, LA FORZA PROTON-MOTRICE si genera a livello della membrana durante la respirazione e attraverso il complesso della ATP sintasi (Fo-F1 ATPasi) sia in batteri con metabolismo respiratorio che fermentativo 13 IL TRASPORTO ATTIVO Trasporto ABC (ATP Binding Cassette): impiega direttamente ATP per pompare i soluti nella cellula Es.: il trasporto del MALTOSIO in E. coli È un sistema molto comune tra i batteri (circa la metà dei substrati sono trasportati in questo modo in E. coli) I batteri trasportano in questo modo oligosaccaridi, oligopeptidi, metalli (Mn 2+, Fe 2+, Zn 2+ ), molecole complesse (vitamine) Il sistema di trasporto dello zinco in Escherichia coli (da specificità) 14

8 LA TRASLOCAZIONE DI GRUPPO (IL SISTEMA DELLA FOSFOTRANSFERASI, PEP-PTS) Realizza il trasporto attraverso modificazioni chimiche del soluto In questo sistema l energia viene spesa non per il processo di trasporto, ma per formare un derivato intracellulare che risulti impermeabile alla membrana e che quindi rimanga intrappolato nella cellula Sistema molto comune per molti batteri (soprattutto anaerobi) per il trasporto di molti zuccheri (per es. il MANNITOLO, il MANNOSIO; anche il GLUCOSIO, che diventando glucosio-6-fosfato può poi così entrare direttamente in glicolisi) L energia deriva dal FOSFOENOLPIRUVATO (PEP), che dona il suo gruppo fosfato! si trasferisce un gruppo fosfato, che è carico, impedendo così alla molecola appena entrate di oltrepassare la membrana per riuscire!!! 15 IL TRASPORTO DI MEMBRANA IN E. coli (riassuntivo) Esistono anche diversi altri sistemi di trasporto che completano i sistemi principali, come il trasporto di ioni Fe 2+ mediato dal sideroforo di E. coli ENTEROCHELINA (è un potentissimo agente chelante del ferro) 16

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