La membrana plasmatica

Presentazione sul tema: "La membrana plasmatica"— Transcript della presentazione:

1 La membrana plasmatica

2 globuli rossi I globuli rossi rappresentano un sistema ideale per lo studio della membrana plasmatica

3 Plasmalemma di globulo rosso

4 Due membrane adiacenti
Cellula 1 Membrana Spazio intercellulare Cellula 2

5 Membrana plasmatica: Generalità
Costituisce il limite esterno della cellula e svolge funzioni di: Isolamento fisico Regolazione degli scambi Sensibilità Supporto strutturale

6 Struttura della membrana (modello a mosaico fluido)
Fluido extracellulare canale proteine Citoplasma Doppio strato fosfolipidico

7 Il doppio strato fosfolipidico
“testa” polare (idrofila) …acqua… “sigillo” impermeabile …acqua… “coda” non polare (idrofoba)

8 Le membrane biologiche contengono colesterolo
Colesterolo nel doppio strato lipidico; il colesterolo aiuta a rendere la membrana impermeabile alle piccole molecole solubili in acqua e mantiene la membrana flessibile in un ampio intervallo di temperature

9 aderente ma non immersa nel doppio strato fosfolipidico
proteine di membrana aderente ma non immersa nel doppio strato fosfolipidico proteina estrinseca

10 proteine di membrana proteina intrinseca
parzialmente o interamente immersa nel doppio strato fosfolipidico proteine di membrana attraversa la membrana da parte a parte proteina intrinseca “transmembrana”

11 Proteine di membrana CANALI ENZIMI RECETTORI TRASPORTATORI

12 Insaturazione degli acidi grassi
Membrane cellulari: Fattori che determinano la fluidità del doppio strato Temperatura Minore T = Minore fluidità Lunghezza delle catene aciliche Maggiore lunghezza = minore fluidità Teste polari Interno idrofobico Teste polari Interno idrofobico Teste polari Proteine Diminuiscono la fluidità Testa polare Regione Irrigidita dal colesterolo Più fluida Colesterolo Magg. Colesterolo = Minore Fluidità Insaturazione degli acidi grassi Magg. insat = Magg. fluidità Oleato Oltre alla temperatura, altri fattori possono determinare la fluidità del doppio strato lipidico. In generale i lipidi con catene aciliche corte raggiungono lo stato di transizione a temperature più basse di lipidi con catene lunghe. Le catene corte infatti presentano una superficie inferiore per formare interazioni di van der Waals con altre catene vicine e ciò aumenta lo stato di fluidità della membrana. Un aumento di fluidità è determinato anche dall’aumento delle insaturazioni degli acidi grassi. Questo è il risultato di un aumento del volume occupato da ogni singola coda idrofobica che si ripercuote su un minore grado di impaccamento dei fosfolipidi La presenza di insaturazioni (doppi legami) di tipo cis, aumenta volume libero della catena di acido grasso, aumentandone la fluidità, ancora una volta per riduzione delle forze di van der Waals. L’aumento dell’insaturazione degli acidi grassi è una strategia che cellule batteriche o organismi ectotermi, la cui temperatura fluttua in relazione a quella ambientale, mettono in atto per mantenere un adeguata fluidità del doppio strato lipidico di membrana anche a bassa temperatura. Organismi ectotermi come i teleostei Antartici adattati evolutivamente alla sopravvivenza a temperature inferiori agli 0°C, presentano tale adattamento omeoviscoso del doppio strato lipidico per evitare l’irrigidimento delle membrane cellulari. Un altro elemento che influenza la fluidità del doppio strato è il colesterolo. Questo lipide è troppo idrofobico per costituire una struttura a foglietto, ma si intercala tra i fosfolipidi. Il suo gruppo idrossilico polare è in contatto con la soluzione acquosa vicino alle teste polari dei fosfolipidi; gli anelli steroidei interagisce con le catene aciliche. Il colesterolo limita il movimento casuale della regione fosfolipidica che si trova sulla superficie esterna dei foglietti, ma separa e allontana tra loro le code delle catene aciliche inducendo una maggiore fluidità nelle regioni più interne del doppio strato. A temperature di 37 °C il colesterolo rende le membrane complessivamente meno fluide. A basse temperature il colesterolo ha un effetto opposto in quanto impedendo le interazioni tra catene di acidi grassi adiacenti mantiene la membrana allo stato fluido ed impedisce la cristallizzazione. Infine anche una maggiore quantità di proteine ha generalmente una diminuzione della fluidità delle membrane cellulari

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14 Modello di membrana di Singer e Nicolson (a “mosaico fluido”, 1972)

15 Membrana plasmatica: Struttura
Composta principalmente di Fosfolipidi Proteine Glicolipidi Colesterolo Precisa organizzazione strutturale Doppio strato fosfolipidico Proteine intrinseche ed estrinseche

16 intra-extra la membrana plasmatica separa l’interno della cellula dallo spazio extracellulare il fluido che riempie la cellula (citosol) ha una composizione diversa dal fluido extracellulare

17 Citosol Fluido extracellulare
Na+ K+ alcune componenti si trovano in concentrazioni maggiori all’interno della cellula Consistenza simile a uno “sciroppo” o a una gelatina altre sono più concentrate nello spazio extracellulare lipidi Proteine e aminoacidi carboidrati

18 in che modo vengono generate e mantenute le differenti concentrazioni di sostanze fra ambiente extracellulare e citosol?

19 Prima di affrontare il tema del trasporto di sostanze attraverso la membrana plasmatica…
Quali meccanismi regolano il movimento di “sostanze” fra due compartimenti qualsiasi? per esempio, cosa regola il movimento di bagnanti fra due spiagge contigue?

20  diffusione semplice

21 se molti “individui” sono concentrati in una spiaggia…

22 …e il passaggio dall’una all’altra è libero...

23 …i bagnanti tenderanno rapidamente a distribuirsi in numero approssimativamente uguale nelle due spiagge

24 se molti “individui” sono concentrati in una spiaggia…
La diffusione semplice è il movimento netto di sostanze da un’area a concentrazione maggiore a un’area a concentrazione minore

25 diffusione facilitata
 diffusione facilitata

26 questa spiaggia è popolata da bambini e da lottatori di sumo

27 mentre i bambini passano facilmente fra i paletti di recinzione, i lottatori devono usare speciali porte girevoli

28 il passaggio dei lottatori è “facilitato” dalle porte girevoli
ma se i lottatori di sumo sono molti, si crea una “coda” davanti ai passsaggi e ci vorrà più tempo perché fra le due spiagge sia raggiunto l’equilibrio.

29  osmosi

30 Per comprendere meglio l’osmosi, torniamo per un momento al meccanismo di diffusione semplice, immaginando di condurre un piccolo esperimento...

31 questa è la diffusione semplice
questo recipiente è diviso in due da un filtro e contiene, nel comparto di sinistra, un’alta concentrazione di una sostanza in grado di attraversare il filtro. questa è la diffusione semplice l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito dal rapido passaggio di tale sostanza attraverso la membrana.

32 Il filtro che divide questo recipiente, invece, non consente il passaggio di detta sostanza (le sue maglie sono troppo fini). l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito grazie al passaggio di acqua (solvente) dal compartimento di destra a quello di sinistra. questa è l’osmosi

33 Osmosi E’ la diffusione delle molecole d’acqua (solvente) attraverso una membrana Si verifica attraverso una membrana permeabile all’acqua ma non ai soluti Per osmosi, l’acqua attraversa una membrana verso il comparto a maggiore concentrazione di soluti

34 Torniamo alla cellula... .. e al passaggio di sostanze fra i due lati della membrana plasmatica

35 Diffusione semplice Fluido extracellulare Citoplasma
la diffusione attraverso la membrana può avvenire attraverso il doppio strato fosfolipidico... Fluido extracellulare ... oppure attraverso i canali proteici Citoplasma

36 Quali sostanze “passano” per diffusione semplice?
sostanze polari come l’acqua e piccoli ioni utilizzano invece specifici canali proteici Quali sostanze “passano” per diffusione semplice? molte sostanze, tuttavia, non possono attraversare la membrana senza un “aiuto” speciale... Glucoso Alcol Acqua alcune sostanze dotate di liposolubilità come l’alcol possono attraversare il “sigillo” idrofobo rappresentato dalle code apolari dei fosfolipidi Citoplasma

37 Processi passivi: diffusione facilitata
Certi composti (troppo grandi per passare attraverso i canali di membrana) possono essere passivamente trasportati da PROTEINE VETTRICI

38 Diffusione facilitata 1
Aggancio della molecola alla proteina vettrice

39 Diffusione facilitata 2
Liberazione della molecola nel citoplasma Cinetica di saturazione

40 Cinetica di saturazione
Se la concentrazione di glucoso da un lato della membrana sale rapidamente, tutte le proteine vettrici possono risultare occupate: la velocità di passaggio del soluto diventa costante (come accade con una folla di persone al passaggio di un numero limitato di porte girevoli)

41 le “vie” di passaggio attraverso la membrana plasmatica
  

42 Osmosi e cellule Oltre ai soluti, anche il solvente della materia vivente, l’acqua, diffonde da un lato all’altro della membrana plasmatica. L’acqua è spinta in un senso o nell’altro dall’eventuale presenza di pressione osmotica, creata dalla differenza di concentrazione di soluti che non attraversano la membrana Questo effetto ha risvolti importanti, per esempio, in seguito a rapide variazioni di concentrazione del plasma sanguigno...

43 Osmosi e globuli rossi Ipotonico Emolisi Isotonico Nessuno Ipertonico
se il fluido extra-cellulare è... Ipotonico Isotonico Ipertonico L’effetto sui globuli rossi è... Emolisi Nessuno Dentellatura

44 processi di trasporto passivi
diffusione (semplice e facilitata) e osmosi sono processi di trasporto passivi in quanto non implicano un dispendio energetico

45 Processi di trasporto attivo
Richiedono molta energia, ma… Consentono di spostare sostanze contro un gradiente (di concentrazione, elettrico, ecc.)

46 trasporto attivo

47 Fino al 40% dell’energia di una cellula a riposo 3 Na + 2 K +
Pompa di scambio Na-K Fino al 40% dell’energia di una cellula a riposo 3 Na + 2 K + Canali per micron2: 4 K 100 Na 1000 pompe Na-K ATP ADP

48 La presenza di pompe ioniche provoca...
Pompa sodio-potassio Canale per il potassio Canale per il sodio proteina

49 distribuzione asim-metrica di ioni
i canali di membrana sono attraversati dagli ioni passivamente, a seconda dei loro gradienti distribuzione asim-metrica di ioni Cl- Na+ K+ le pompe ioniche determinano e mantengono gradienti di concentrazione ai due lati della membrana proteina

50 Potenziale transmembrana
+ + + + + + + + + + - - + + - - - - - - + + - - - La asimmetria nella distribuzione di ioni carichi elettricamente è all’origine di una differenza di potenziale fra i due lati della membrana che si trova normalmente in tutte le cellule - -70 mV -

51 endocitosi ed esocitosi
molecole e particelle di dimensioni rilevanti non possono attraversare la membrana nei modi appena descritti. la cellula è tuttavia in grado di catturare o di espellere tali sostanze attraverso un tipo diverso di trasporto attivo transmembrana... trasporto attivo

52 endocitosi

53 esocitosi

54 endocitosi ed esocitosi

55 Endocitosi mediata dai recettori
ligandi ligandi adesi ai recettori recettori endocitosi ritorno alla superficie vescicola rivestita Endocitosi mediata dai recettori fusione distacco endo-lisosoma ligandi rimossi

56 Pinocitosi e fagocitosi
Pinocitosi (“cellula che beve”) Formazione di vescicole riempite di fluido extracellulare Processo non specifico come l’endocitosi mediata da recettore, ma molto comune Fagocitosi (“cellula che mangia”) Produzione di vescicole contenenti materiali solidi (anche grandi come la cellula stessa) Operata solo da cellule del sistema immunitario

57 Riassunto: Processi attivi di trasporto transmembrana
pompe ioniche endocitosi endocitosi mediata da recettori pinocitosi fagocitosi esocitosi