SISTEMA DI MEMBRANE
La compartimentalizzazione cellulare
LE MEMBRANE CELLULARI: UN SISTEMA IN EQUILIBRIO
FUNZIONI DELLE MEMBRANE - delimitano i contorni cellulari o degli orgnelli intracellulari - consentono di localizzare specifiche funzioni (ad es. allineamento di enzimi coinvolti in una sequenza di reazioni) - regolano il trasporto di soluti ed il ph cellulare - mantengono gradienti ionici ed elettrici - ricevono e trasmettono segnali - mediano le comunicazioni tra cellule e con l ambiente
Come sono costituite le membrane? Lipidi e proteine
LE MEMBRANE BIOLOGICHE FORMANO DEI DOPPI STRATI 5nm Lipide Proteina Lipidi Proteine
Diverse evidenze sperimentali hanno portato alla comprensione della struttura e proprietà delle membrane Gortel & Grendel Le membrane sono doppi strati Le membrane hanno una struttura uguale in cellule diverse e di organismi diversi Studi di biochimica Le membrane sono composte anche da proteine Le membrane sono FLUIDE
Il modello del mosaico fluido: le membrane cellulari sono costituite da un doppio strato lipidico fluido nel quale le proteine sono incastrate come le tessere di un mosaico. Jonathan Singer Garth Nicolson The fluid mosasic model of structure of Cell Membranes Science, vol 175, 1972, pag 720-731
FOSFOLIPIDI TESTA idrofilica CODA idrofobica
LIPIDI DI MEMBRANA
La struttura dei fosfolipidi dipende dal grado di saturazione degli acidi grassi che li compongono
COLESTEROLO
COLESTEROLO teste polari colesterolo (rigido) regione fluida
Le membrane sono costituite da un MOSAICO di proteine Le proteine conferiscono le funzioni a ciascun tipo di membrana e ne definiscono la specifica identità!
Le proteine di membrana: due principali tipi Proteine integrali di membrana Proteine periferiche Proteine con ancora GPI multipasso Barili beta monopasso Proteine ancorate mediante un lipide
Le proteine integrali sono rilasciate dalla membrana solo in seguito all azione di detergenti
Le proteine possono essere inserite in membrana secondo modalità differenti Proteine transmembrana Proteine legate alla collegamento membrana tramite un lipide di Proteine con ancora GPI multipasso Barili beta monopasso Proteine ancorate mediante un lipide
PROTEINE TRANSMEMBRANA spazio extracellulare Il dominio transmembrana contiene aminoacidi con catene laterali non polari citosol Il dominio transmembrana assume generalmente una struttura ad α-elica
LE PROTEINE DI MEMBRANA HANNO VARIE FUNZIONI ADESIONE > cellula-cellula, cellula matrice (CADERINE, INTEGRINE) TRASPORTO > canali, trasportatori (K +, Na/K-ATPasi)
LE PROTEINE DI MEMBRANA HANNO VARIE FUNZIONI ENZIMI: molti tipi catalizano reazioni che avvengono all interno o sulla superficie della membrana RECETTORI: legano molecole segnale (ad es. ormoni, fattori di crescita) e trasmettono l informazione all interno della cellula
LE PROTEINE DI MEMBRANA SONO SPESSO ASSOCIATE IN GROSSI COMPLESSI Il citoscheletro basato su spettrina è cruciale per il funzionamento del globulo rosso
NEL MUSCOLO C È UNA CONNESSIONE TRA CITOSCHELETRO E PROTEINE DELLA MATRICE EXTRACELLULARE
PROPRIETA DELLE MEMBRANE Sono strutture asimmetriche: la composizione in lipidi e proteine della faccia esterna e di quella interna è diversa fra loro riflettendo le diverse funzioni da loro svolte Sono strutture dinamiche e fluide: la maggior parte delle loro molecole sono capaci di muoversi nel piano della membrana. La fluidità dipende da composizione e temperatura. Costituiscono una barriera semipermeabile: consentono il passaggio selettivo di molecole
ASIMMETRIA DEL BILAYER LIPIDICO spazio extracellulare o luminale citosol La fosfatidilserina che ha una carica negativa si trova nel monostrato interno creando così una differenza di carica tra le due metà del doppio strato. I Glicolipidi si trovano nel monostrato esterno e possono avere funzione di protezione, di riconoscimento cellulare di isolamento elettrico (mielina delle cellule nervose).
IL LUME DEGLI ORGANELLI CORRISPONDE TOPOLOGICAMENTE ALLO SPAZIO EXTRACELLULARE
Il sistema ABO dei globuli rossi si basa su gangliosidi di membrana gal Ac.glul gal glu ceramide fuc Gruppo 0 galattosamina Gruppo A galattosio Gruppo B
BASI MOLECOLARI DEI GRUPPI SANGUIGNI Sangue Gruppo A A Anticorpi contro la molecola B Può ricevere sangue di gruppo A oppure 0 Sangue Gruppo B B Anticorpi contro la molecola A Può ricevere sangue di gruppo B oppure 0 Sangue Gruppo AB A B Può ricevere sangue di gruppo A, di gruppo B, gruppo AB e gruppo 0 Sangue Gruppo 0 Anticorpi contro le molecole A e B Può ricevere solo sangue di gruppo 0 E donatore universale
Le proteine transmembrana hanno uno specifico e unico orientamento nella membrana ponti disolfuro oligosaccaride alfa elica bilayer Asimmetria
Le membrane biologiche sono fluide e dinamiche Laser tweezers I lipidi si muovono nelle membrane diffusione laterale flip-flop flessione rotazione FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching) Le proteine si muovono nelle membrane
Da cosa dipende la fluidità delle membrane biologiche? Temperatura Composizione teste polari colesterolo (rigido) Lunghezza catene idrocarburiche Grado di saturazione (doppi legami) regione fluida
Le membrane costituiscono una barriera selettivamente permeabile E permeabile a gas e a piccole molecole non cariche, mentre è debolmente permeabile all acqua (che, comunque, passa attraverso interruzioni che si vengono a formare tra le catene di acidi grassi). E impermeabile a ioni e a grandi molecole cariche e non cariche
MECCANISMI DI TRASPORTO Diffusione Semplice: spontaneo movimento di una sostanza da una regione a più alta concentrazione ad una regione a bassa concentrazione D= KT 6πρε
MECCANISMI DI TRASPORTO OSMOSI: è il passaggio di H2O da una regione a più alta concentrazione di acqua attraverso una membrana semipermeabile ad una regione a bassa concentrazione di acqua
Soluzione isotonica Soluzione ipertonica Soluzione ipotonica Nessun movimento netto di acqua Movimento netto di acqua verso l esterno della cellula (raggrinzimento) Movimento netto di acqua verso l interno della cellula (Rigonfiamento) Il plasma umano e tutti i nostri fluidi corporei sono isotonici rispetto alle cellule che compongono il corpo Sol. isotonica ipertonica ipotonica
COMPOSIZIONE DEI LIQUIDI EXTRACELLULARI E INTRACELLULARI
Trasporto di membrana Trasporto attivo contro gradiente consumo di energia Trasporto passivo secondo gradiente non necessita energia Diffusione semplice Dipendente dalla liposolubilità della molecola Diffusione facilitata Mediata da trasportatori Specifica e saturabile
MODALITA DI TRASPORTO ATTRAVERSO LE MEMBRANE Uniporto Simporto Antiporto
TRASPORTO PASSIVO Canali ionici e trasportatori permettono il passaggio di ioni e molecole polari attraverso le membrane
Trasportatori o proteine vettrici o proteine carrier Le proteine vettrici cambiano conformazione dopo legame con il soluto
I canali ionici sono proteine che formano pori colmi di acqua che permettono il passaggio di specifici ioni
ESISTONO DUE CLASSI DI MOLECOLE CHE MEDIANO I TRASFERIMENTI MOLECOLARI ATTRAVERSO LE MEMBRANE PROTEINE TRASPORTATRICI. Hanno parti mobili in grado di spostare molecole. Si legano al soluto specifico da trasportare e subiscono una serie di cambiamenti conformazionali per trasferire il soluto attraverso la membrana. Mediano un tipo di trasporto che può essere sia passivo che attivo PROTEINE CANALE. Formano un poro idrofilico stretto che permette il passaggio soprattutto di piccoli ioni inorganici.. Interagiscono in modo debole con ciò che passa per il poro acquoso Il trasporto è quindi molto veloce.. Il trasporto attraverso le proteine canale è sempre un flusso passivo
Le varie modalità di trasporto passivo hanno caratteristiche differenti
TRASPORTO ATTIVO Il trasporto attivo avviene mediante proteine definite pompe. L energia necessaria deriva nella maggior parte dei casi da ATP. Le pompe sono complessi multi-proteici.
Pompa Na,K-ATPase E costituita da due subunità: subunità α direttamente coinvolta nel trasporto e subunità β con funzioni accessorie.
Pompa Na,K-ATPase
NA+/K+ ATPasi (Pompa del sodio e potassio) Ha un ruolo diretto nella regolazione del volume cellulare regolando le forze osmotiche Fondamentale per generare e mantenere il potenziale di membrana a riposo Il gradiente del sodio può essere sfruttato per attivare altri tipi di trasporto Il gradiente del sodio è cruciale per il mantenimento del ph cellulare
CO-TRASPORTO NA/GLUCOSIO NELLE CELLULE INTESTINALI 2 sodio entrano 1 glucosio entra
IL LEGAME DEL SODIO CREA UN SITO PER IL LEGAME CON IL GLUCOSIO
ANCHE I VALORI DEL ph CELLULARE SONO REGOLATI DALL ATTIVITA DELLA POMPA Na/K-ATPasi Scambiatore Na+/H+ Scambiatore Cl-/HCO3- Scambiatore Cl-/HCO3 dipendente da sodio dipendente da sodio indipendente da sodio
Il Ca 2+ è trasportato all esterno della cellula mediante un pompa Ca-ATPasi o mediante un antiporto che è spinto dal gradiente elettrochimico del Na Pompa Ca-ATPase
FIBROSI CISTICA o MUCOVISCIDOSI: CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance regulator) - E un canale del cloro presente sulla superficie apicale di cellule epiteliali delle vie aeree, intestino, ghiandole sudoripare Secrezioni mucose sono viscide con conseguente ostruzione dei dotti Diabete Nefrogenico o Insipido: Acquoporina 2 - E un canale dell acqua situato sulla superificie apicale dell epitelio renale. Poliuria (urine abbondanti), incapacità del rene di concentrare soluti
EREDITA DEI GRUPPI SANGUIGNI NELL UOMO I GRUPPI PRINCIPALI SONO: A,B,AB,0 SISTEMA A PIU ALLELI (A,B,0) GRUPPO A (omozigote AA oppure eterozigote A0) GRUPPO B (omozigote BB oppure eterozigote B0) GRUPPO AB (eterozigote AB) GRUPPO 0 (omozigote 00)