Proprietà della membrana plasmatica



Documenti analoghi
Proprietà della membrana plasmatica

La membrana cellulare racchiude il protoplasma, la sostanza vivente che costituisce la cellula, e lo separa dall ambiente esterno, extracellulare.

La classificazione dei lipidi

2. Fisiologia Cellulare Diffusione, Trasporto, Osmosi

scaricato da Caratteristiche di permeabilità della membrana plasmatica

Il mantenimento dell omeostasi cellulare dipende dai sistemi che permettono lo scambio di molecole tra citoplasma e liquido

Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Biofisica e Fisiologia I

Integrali (transmembrana), si estendono attraverso l intera membrana. Classificate in famiglie a seconda del numero di segmenti transmembrana.

Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Biofisica e Fisiologia I A.A

Lezione 4 *membrana cellulare *trasporti *specializzazioni del plasmalemma

«Macromolecole» Lipidi

in Terminazione Neurone Dendriti Soma Fessura sinaptica sinaptica Nucleo dendrite Segmento iniziale Sinapsi inibitoria Segmento mielinico Assone

Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Biofisica e Fisiologia I

LA CELLULA ED I TRASPORTI ATTRAVERSO LA MEMBRANA PLASMATICA

TRASPORTO: qualunque tipo di passaggio di sostanze attraverso la membrana cellulare.

BIOLOGIA GENERALE. Alessandro Massolo Dip. Biologia Animale e Genetica c/o Prof. F. Dessì-Fulgheri (Via Romana 17) massolo@unifi.

Proteine integrali di membrana legate sul versante esterno a gruppi di carboidrati. Formati da diverse subunità che circoscrivono un poro acquoso che

La pompa Na + /Glucosio: simporto

Legami chimici. Covalente. Legami deboli

Funzioni della membrana plasmatica

Mediatore chimico. Recettore. Trasduzione del segnale. Risposta della cellula

PROTEINE E TRASPORTO TRANSMEMBRANALE

a cura di : Gaia,Giulia, Lorenzo e Simone 2^ B ( LA MIGLIORE)

LE BIOMOLECOLE DETTE ANCHE MOLECOLE ORGANICHE; CARBOIDRATI PROTEINE. sono ACIDI NUCLEICI. molecole complesse = POLIMERI. formate dall'unione di

Distribuzione e composizione dei liquidi corporei

Le membrane. Struttura e funzione

Potenziale di membrana: Differenza di potenziale elettrico a cavallo della membrana cellulare dovuta ad una diversa distribuzione ionica ai due lati

Sfingolipidi. Ceramidi SEMINARIO!!! 20/12/2013 SFINGOLIPIDI

SISTEMI ENERGETICI. L ATP privato di uno dei suoi 3 radicali fosforici diventa ADP (adenosindifosfato).

CELLULE EUCARIOTICHE

ESISTONO DUE TIPI DI SECREZIONE

Elettroforesi. Elettroforesi: processo per cui molecole cariche si separano in un campo elettrico a causa della loro diversa mobilita.

Verifica. Tutto il quaderno di lavoro. Riferimento. Gli studenti svolgono la verifica. Compito. Foglio di esercizio Soluzione.

Il trasporto di membrana e le proprietà elettriche delle membrane.


LA REAZIONE ALL'AMBIENTE: L'ATTIVITÀ MUSCOLARE TUTTI I MOVIMENTI NEL CORPO E DEL CORPO SONO LA CONSEGUENZA DI CONTRAZIONI E RILASCIAMENTI MUSCOLARI

GLUCONEOGENESI. Sintesi (GENESI) di nuove (NEO) molecole di glucosio

I composti organici della vita: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici

Bioingegneria Elettronica I

LA MEMBRANA PLASMATICA

Le Biomolecole I parte. Lezioni d'autore di Giorgio Benedetti

Modello del collasso idrofobico. Il folding è facilitato dalla presenza di chaperons molecolari quali le Heat Shock Proteins, Hsp70 e Hsp60

LA MEMBRANA.

TEST BIOLOGIA 1 ANNO ABEI Da inviare a connesso@alice.it entro e non oltre il 6 novembre 2015

la struttura tridimensionale può essere ottenuta solo per Un intero dominio in genere da 50 a 300 residui

Meccanismi di trasporto attivo e passivo 1

Regione cerniera monomero regione cerniera

Farmacocinetica dell escrezione dei farmaci nel latte. I neurotrasmettitori nella moderna diagnostica. Piperazina e suoi derivati

A livello della loro struttura chimica, come i grassi, anche i carboidrati sono composti ternari, formati cioè da tre molecole:


Capitolo 1. Dimagrimento e calo ponderale

MACROSTRUTTURA DEL MUSCOLO STRIATO SCHELETRICO

PROTEINE RESPIRATORIE DEI VERTEBRATI EMOGLOBINA E MIOGLOBINA

Segnalazione cellulare e trasduzione del segnale. Comunicazione fra le cellule

OMEOSTASI DELLA TEMPERATURA CORPOREA

Regolazione del metabolismo del glucosio

-assicurare il fabbisogno plastico necessario alla riparazione protezione e ricambio dei tessuti.

CHIMICA BIOLOGICA. Seconda Università degli Studi di Napoli. DiSTABiF. Corso di Laurea in Scienze Biologiche. Insegnamento di. Anno Accademico


SINTESI PROTEICA. Replicazione. Trascrizione. Traduzione

Respirazione cellulare

REAZIONI ORGANICHE Variazioni di energia e velocità di reazione

COMUNICAZIONE TRA CELLULA ED AMBIENTE FGE AA

Struttura e funzione delle membrane biologiche

BIOMOLECOLE (IN ALIMENTAZIONE SONO CLASSIFICATE TRA I MACRONUTRIENTI)

Il caffè si ottiene dalla macinazione dei chicchi di una pianta del genere COFFEA. Le più utilizzate sono:

L endocitosi dell EGFR

Farmacodinamica II. Mariapia Vairetti. Dipartimento di Medicina Interna e Terapia Sezione di Farmacologia e Tossicologia Cellulare e Molecolare

Isolamento e purificazione di DNA e RNA. -Separare gli acidi nucleici da altri componenti cellulari (lipidi e proteine)

Processi di trasporto: Trasporto passivo Diffusione facilitata Trasporto attivo. funzioni della membrana

INSOLUBILI IN ACQUA E SOLUBILI NEI SOLVENTI ORGANICI NON POLARI

TIPI DI CELLULE : PROCARIOTE ED EUCARIOTE

Energia nelle reazioni chimiche. Lezioni d'autore di Giorgio Benedetti

1

Corso di Laurea in Farmacia Insegnamento di BIOCHIMICA. Angela Chambery Lezione 16

VIE DI INTRODUZIONE ED ASSORBIMENTO DEI FARMACI

Valutazione dell IG di Frollini tradizionali e preparati con farina con l aggiunta del % di Freno SIGI.

Progetto di simulazione molecolare per il corso di Complementi di algoritmi A.A

Il potenziale d azione si propaga a grandi distanze senza decremento permettendo la conduzione dell informazione nervosa.

Mangiamo perché abbiamo bisogno di energia, di materiali con cui costruire il nostro corpo, di materiali per riparare parti del nostro corpo, di

GENOMA. c varia da pochi kb nei virus a milioni di kb in piante e animali

1) FIBRE ROSSE A CONTRAZIONE LENTA (Tipo I) 2) FIBRE BIANCHE INTERMEDIE (Tipo IIa) 3) FIBRE BIANCHE A CONTRAZIONE RAPIDA (Tipo IIb)

Biologia e sistematica vegetale. Le membrane cellulari

FAME, APPETITO E SAZIETA

unità C2. Le trasformazioni energetiche nelle cellule

Le cellule eucariotiche svolgono durante la loro vita una serie ordinata di eventi che costituiscono il Ciclo Cellulare

ENZIMI CINETICA ENZIMATICA

Embryology. Early development from a phenomenological point of view. Bolk s Companions for the study of medicine

Le proteine. Le proteine sono i mattoncini che costituiscono gli organismi viventi.

Cellula nervosa tipo. Polarizzazione dinamica. Specificità delle connessioni. Fessura sinaptica Terminazione sinaptica. dendri te Segmento iniziale

I segnali elettrici generati nei neuroni sono modificazioni del potenziale di riposo determinate dall apertura o chiusura di canali ionici:

10) Se ad una soluzione aumentiamo la temperatura cosa succede? Dire quale delle seguenti affermazioni è corretta.

Helena Curtis N. Sue Barnes

Spettrometria di massa

Macromolecole Biologiche. I domini (III)

scaricato da

DNA - RNA. Nucleotide = Gruppo Fosforico + Zucchero Pentoso + Base Azotata. Le unità fondamentali costituenti il DNA e l RNA sono i Nucleotidi.

Prof. Maria Nicola GADALETA

I L I P I D I. Lipidi complessi: fosfolipidi e glicolipidi; sono formati da CHO e altre sostanze.

Farmaci del sistema nervoso autonomo

Transcript:

Proprietà della membrana plasmatica Delimita il citoplasma formando una barriera meccanica Controlla l accesso dei soluti e dei solventi permettendo che le caratteristiche del citoplasma differiscano da quello dei liquidi esterni Permette l entrata e l uscita di macromolecole e strutture di dimensioni maggiori Risponde alla presenza di molecole segnale presenti all esterno innescando reazione interne di risposta Presenta molecole specifiche che permettono alla cellula di essere riconosciuta I primi indizi sulla natura chimica della membrana furono ottenuti da Ernest OVERTON (1890). OVERTON si rese conto che le cellule erano circondate da una sorta di strato selettivamente permeabile che permetteva ad alcune sostanze di entrare ed uscire con velocità significativamente differenti: le sostanze solubili nei lipidi penetravano più facilmente di quelle solubili in acqua OVERTON concluse che i lipidi erano presenti sulla superficie cellulare, come se si trattasse di un rivestimento.

Due fisiologi olandesi Gorter e Grendel (1925) furono i primi a proporre che le membrane contenessero un doppio strato di fosfolipidi estrassero i lipidi da un numero noto di eritrociti (OMBRE) e misurarono la superficie occupata dai lipidi dopo che erano stati sparsi sulla superficie dell acqua: il rapporto tra l area della superficie acquosa occupata dai lipidi e l area calcolata come superficie dei globuli rossi da cui i lipidi erano stati estratti variava da 1,8 a 1 e 2,2 a 1 essi conclusero che il rapporto effettivo fosse di 2:1 BILAYER 192 J.Singer e G.Nicolson (modello a mosaico fluido) 1972 È stato il dogma fondamentale della biologia delle membrane per circa 30 anni A differenza degli altri modelli le proteine PENETRANO lo strato lipidico. Esse sono disposte in un MOSAICO discontinuo.

La membrana plasmatica è composta da: un doppio strato di fosfolipidi: fosfogliceridi derivati dal glicerolo sfingolipidi derivati dalla sfingosina proteine associate alla membrana intrinseche (o integrali) Le teste polari dei fosfolipidi sono idrofile e sono quindi rivolte verso l interno e l esterno della cellula a contatto con le soluzioni acquose Le code apolari sono idrofobiche e sono rivolte verso l interno della membrana Il doppio strato di fosfolipidi Il legami di tipo apolare (forze di van der Waals) che si formano tra le lunghe catene di acidi grassi e assieme alla loro tendenza a sfuggire il mezzo acquoso forniscono grande stabilità alla membrana Tuttavia i singoli fosfolipidi si muovono di continuo navigando tra gli altri e permettendo alla membrana plasmatica di deformarsi Acidi grassi e FLUIDITA : lunghezza delle code aciliche e grado di saturazione

L asimmetria della membrana: si stabilisce durante la biogenesi nel reticolo endoplasmatico e viene mantenuta grazie alla presenza di traslocatori di membrana. (Il movimento spontaneo di un lipide da uno strato all altro (flip -flop) è raro). Fosfatidilcolina e sfingomielina sono sul lato esterno, fosfatidilserina sulla faccia interna. Colinici Esterno Amminici Interno GRUPPI SANGUIGNI A - B - 0 Sulla superficie degli eritrociti si trovano carboidrati lagati a glicoproteine e glicolipidi, che caratterizzano tre differenti strutture, denominate A, B e 0, le quali hanno in comune una base oligosaccaridica L antigene A e l antigene B differiscono dall antigene 0 perché, - l antigene A porta una unità di N acetilgalattosammina, l antigene B una unità di Galattosio. Queste unità sono legate al Galattosio dell antigene 0, con legame glicosidico La membrana è un ambiente fluido. La fluidità dipende dalla temperatura e dalla percentuale di lipidi insaturi

LA TRANSIZIONE DI FASE DERIVA DA UNA ALTERAZIONE NELLA MOBILITA' DELLE CATENE ACILICHE (CARBONIOSE) DEI FOSFOLIPIDI, INDOTTA DALLE VARIAZIONI DI TEMPERATURA: A BASSE TEMPERATURE LE CATENE CARBONIOSE SONO STRETTAMENTE IMPACCHETTATE (I MOVIMENTI SONO LIMITATI) CON L'AUMENTO DELLA TEMPERATURA I MOVIMENTI AUMENTANO BRUSCAMENTE Il colesterolo Tra i fosfolipidi sono inserite molecole di colesterolo. Il colesterolo dà particolari proprietà alle membrane fosfolipidiche impedendo ad esempio di irrigidirsi con l abbassarsi della temperatura o di divenire troppo fluide al suo aumentare EFFETTI DEL COLESTEROLO Quando viene aggiunto in piccole quantità ( 20%) dei lipidi totali il COLESTEROLO amplia l'intervallo di temperatura entro il quale si verifica la transizione di fase. A livelli superiori del 20% elimina del tutto la fase di GEL. Parallelamente, il colesterolo LIMITA la velocità di movimento delle catene aciliche dei fosfolipidi (a causa della posizione che assume nella membrana). IL COLESTEROLO HA QUINDI UN DUPLICE EFFETTO: - AUMENTARE LA FLUIDITÀ DELLA MEMBRANA ALLE BASSE TEMPERATURE - DIMINUIRE LA FLUIDITÀ DELLA MEMBRANA ALLE ALTE TEMPERATURE

Gli animali utilizzano l asimmetria dei fosfolipidi delle membrane plasmatiche per distinguere fra cellule vive e cellule morte. Infatti, quando una cellula animale subisce la morte cellulare programmata, o apoptosi, la fosfatidilserina, che normalmente è confinata nel monostrato citosolico della membrana plasmatica, viene rapidamente traslocata al monostrato extracellulare. La fosfatidilserina esposta sulla superficie cellulare serve come segnale per indurre le cellule vicine, (ad esempio i macrofagi) a fagocitare la cellula morta e digerirla. L asimmetria della membrana: si stabilisce durante la biogenesi nel reticolo endoplasmatico e viene mantenuta grazie alla presenza di traslocatori di membrana. (Il movimento spontaneo di un lipide da uno strato all altro (flip -flop) è raro). Fosfatidilcolina e sfingomielina sono sul lato esterno, fosfatidilserina sulla faccia interna. Colinici Esterno Amminici Interno Lipidi e Proteine

15 minuti Virus Sendai 40 minuti 37 C FUSIONE Esperimento di Frye e Edidin, 1970 Cosa accadrebbe a temperature basse?

Ristabilimento della fluorescenza dopo foto imbiancamento FRAP Proteine marcate con colorante fluorescente 10-10 10-12 cm 2 /sec Foto imbiancamento con raggio laser Isotiocianato di fluorescina (rilevamento delle singola Ritorno alle condizioni iniziali Limitazione dei movimenti Caratteristiche di permeabilità della membrana plasmatica Se un solvente è più concentrato in un punto della soluzione esso tenderà a diffondersi lungo il gradiente di concentrazione, dalla parte più concentrata a quella meno concentrata Diffusione In sintesi la diffusione semplice attraverso una membrana fosfolipidica è un processo selettivo. Molecole piccole e apolari (quindi liposolubili e idrofobiche) diffondono molto velocemente (si dice anche la membrana è molto permeabile a queste sostanze). Al diminuire dell affinità con i lipidi e all aumentare della dimensione, rallenta la velocità di diffusione. Gli ormoni sessuali per esempio (steroidi e quindi grandi molecole affini al colesterolo) impiegano ore per penetrare in tutte le cellule

Acqua, lipidi Trasporto facilitato: Modello delle conformazioni alternative [da uno stato ad alta affinità (dove c'è la maggiore concentrazione della sostanza da trasportare) ad uno stato a bassa affinità (minore concentrazione della sostanza)]. Molecole che non passano attraverso lo strato fosfolipidico, possono tuttavia attraversare la membrana plasmatica lungo il loro gradiente di concentrazione utilizzando speciali proteine ( che sono specifiche per ciascuna molecola) Non è richiesta energia perché ciò che spinge le molecole è la differenza di concentrazione dai due lati della membrana LA DIFFUSIONE FACILITATA PERMETTE IL PASSAGGIO DI SOSTANZE DI NATURA POLARE, L'ENERGIA NECESSARIA PER TALE PROCESSO VIENE FORNITA ESCLUSIVAMENTE DALLA PRESENZA DI GRADIENTI DI CONCENTRAZIONE FAVOREVOLI. (DIFFUSIONE PASSIVA CHE NON RICHIEDE CONSUMO DIRETTO DI ENERGIA CELLULARE)

1*- ANALOGIA DEI TRASPORTATORI CON IL COMPORTAMENTO DEGLI ENZIMI 2 - ANALOGIA DOVUTA ALLA SPECIFICITÀ (es. ZUCCHERI-ISOMERI IN FORMA D E NON QUELLI IN FORMA L) *TALE COMPORTAMENTO CONTRASTA CON QUELLO DELLE MOLECOLE APOLARI CHE HANNO UNA VELOCITA DI PENETRAZIONE, ATTRAVERSO LE MEMBRANE, DIRETTAMENTE PROPORZIONALE ALLA LORO CONCENTRAZIONE. ALL'AUMENTARE DELLA CONCENTRAZIONE DIMINUISCE L'INCREMENTO DEL FLUSSO FINO A CHE, AD UN CERTO PUNTO, IL MECCANISMO VA IN SATURAZIONE (ulteriori INCREMENTI DI CONCENTRAZIONE NON PROVOCANO UN CORRISPONDENTE AUMENTO DELLA VELOCITÀ DI DIFFUSIONE*). I TRASPORTATORI VANNO INCONTRO A TRANSIZIONI CONFORMAZIONALI CHE FANNO TROVARE IL SITO DI LEGAME PER LA MOLECOLA DA TRASPORTARE RIVOLTO O VERSO L'ESTERNO O VERSO L'INTERNO DELLA MEMBRANA.

TRASPORTATORE DEL GLUCOSIO Esempio di T. facilitato I mammiferi hanno 6 isoforme del trasportatore per il glucosio e altri zuccheri a 6 atomi di C, codificati da geni diversi (GLUT-1 GLUT- 6) e sono tessuto specifici. Trucco del Glucosio-6-P Per conservare la differenza di concentrazione (7 volte maggiore in circolo rispetto l interno delle cellule) si ricorre ad un trucco: si aggiunge al glucosio un fosfato al -C 6 non appena entra nel citoplasma, in questo modo il trasportatore non può più riportarlo indietro (le molecole fosforilate generalmente non passano le membrane) L'ormone insulina regola alcuni trasportatori del glucosio come quelli delle cellule adipose e muscolari che in presenza dell'ormone (quando c è elevata concentrazione di glucosio nel sangue) sono stimolati ad inserire nella membrana un maggior numero di proteine che trasportano il glucosio. In alcune forme di diabete sono state evidenziate delle mutazioni nelle sequenze transmembranarie di queste proteine trasportatrici in modo tale da non consentire il riconoscimento del glucosio con la massima efficienza bloccando o diminuendo il suo trasporto, come risultato si ha un accumulo del glucosio a livello ematico. Il trasportatore del glucosio è stato estratto e purificato, questo ha permesso di poterlo inserire in membrane artificiali in modo da studiare le modalità di trasporto del glucosio.

I canali ionici sono di fondamentale importanza per il funzionamento della cellula nervosa Ogni attività del sistema nervoso, dalla percezione di uno stimolo sonoro, al richiamo di una memoria precedente, all esecuzione di un movimento della mano dipendono dal gioco combinato dei canali ionici che si trovano sulla membrana plasmatica Alcuni canali sono sempre Altri si aprono e si chiudono in risposta a determinati Canali passivi Canali ad accesso variabile Permettono il passaggio degli ioni Sono estemamente selettivi (lasciano passare di solito un solo tipo di ione) I canali ionici sono proteine di membrana Tuttavia: Essi sono troppo piccoli per essere studiati con metodi tradizionali 5 nanometri 6 manometri 2 nanometri Appartengono a non più di 3-4 diverse famiglie e i diversi tipi di canali si assomigliano nella struttura Sono ben conservati a livello filogenetico (lo stesso canale si può trovare nella drosophila o nell uomo)

Ci sono vari tipi di canali ad accesso variabile Il meccanismo di passaggio di ioni attraverso le proteine canale non è ancora ben chiaro ma si pensa che possa essere sicuramente di tipo "controllato": i canali possono essere aperti o chiusi a seconda del caso. L'accesso può anche essere modulato permettendo un maggiore o minore flusso ionico. Nelle cellule animali sono stati descritti 3 tipi di canali ionici: 1 - a controllo di potenziale (si apre o chiude in risposta a variazioni di voltaggio - cellule eccitabili, molte neurotossine contenute nei veleni inibiscono questi canali alterando in maniera grave le funzioni del SN e Muscolare - i canali del Ca +2 insieme alla calmodulina regolano molte funzioni citoplasmatiche) 2 - a controllo di ligando (si apre o chiude in seguito all'interazione con molecole specifiche di controllo [ormoni, neurotrasmettitori etc.] (il malfunzionamento del canale del cloro fa aumentare le secrezioni a livello respiratorio ed un accumulo di sodio e cloro nel sudore) (Fibrosi cistica) 3 - a controllo meccanico (stimoli meccanici della membrana inducono modifiche conformazionali che aprono o chiudono il canale) L'apertura o chiusura di questi canali "a sbarramento" viene regolata da una proteina terminale (20 AA) che può formare una struttura globulare all'estremità della catena (VALVOLA DEL CANALE) delezioni o mutazioni -della proteina- aprono il canale

Trasporto attivo Ci sono meccanismi diversi che presiedono al trasporto attivo Essi hanno in comune: Sono specifici per una data specie molecolare Richiedono energia perché trasportano contro gradiente di concentrazione ENERGIA (per il trasporto contro gradiente) ATP Co-trasporto (o trasporto accoppiato) L energia può essere ottenuta accoppiando il trasporto di una molecola contro gradiente a quello di un altra che segue il suo gradiente di concentrazione 1) VA CONTRO GRADIENTI DI POTENZIALE CHIMICO O ELETTRICO 2) RICHIEDE ENERGIA METABOLICA ED È SENSIBILE AI VELENI METABOLICI [OUABAINA = INIBIZIONE SOLO DAL VERSANTE EXTRACELLULARE] 3) DIPENDE DALLA PRESENZA E DALL'ATTIVITÀ DI PROTEINE DI MEMBRANA ED 4) E' SPECIFICO PER DETERMINATE SOSTANZE O PER GRUPPI DI SOSTANZE STRETTAMENTE AFFINI. NEGLI EUCARIOTI SI VERIFICA SECONDO 2 MODALITÀ: *DIPENDENTE DIRETTAMENTE DALL'IDROLISI DELL' ATP - POMPE DI TIPO P (che richiedono Mg ++): 1) H+ ATPasi 2) Ca++ ATPasi 3) Na+/K+ ATPasi ** DIPENDENTE IN MODO INDIRETTO DALL'IDROLISI DELL'ATP IN TUTTI E DUE I CASI L'ENERGIA LIBERATA VIENE UTILIZZATA DAL TRASPORTATORE PER SPINGERE LE SOSTANZE ATTRAVERSO LA MEMBRANA

La pompa sodio potassio serve a mantenere le concentrazioni interne degli ioni. Essa è di fondamentale importanza per il funzionamento del neurone Na + = 150 ESTERNO pompa sodio potassio Na K + = 5 Na Na Na + = 10-20 Citoplasma K K K + = 140

Ad ogni ciclo, la pompa sodio-potassio -espelle tre ioni Na + - trasporta all interno due ioni K + consumando una molecola di ATP Idrolisi ATP Rilascio P Fase inibita dalla OUABAINA