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1 La struttura delle membrane biologiche Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 Le membrane biologiche hanno una struttura.

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1 1 La struttura delle membrane biologiche Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 Le membrane biologiche hanno una struttura a mosaico fluido. Nel doppio strato fosfolipidico si inseriscono anche proteine e carboidrati.

2 Reticolo Endoplasmatico Nucleo Perossisoma Lisosoma Apparato Del Golgi Mitocondrio Membrana plasmatica Vescicola Compartimenti circoscritti da membrana

3 Doppio strato (bilayer) lipidico Molecole lipidiche Molecole proteiche Bilayer lipidico (5 nm)

4 Funzioni della membrana plasmatica Ricevere informazione Import-export di molecole Capacità di movimento ed espansione

5 Proprietà della membrana 1. Barriera Selettiva - Circondare la cellula per mantenere organelli, enzimi, metaboliti e certi ioni allinterno 2. Contenere sistemi enzimatici – metabolismo energetico ecc. (mitocondrio) 3. Contenere sistemi di trasporto – portare molecole nutritizie allinterno e mantenere le concentrazioni degli ioni 4. Contenere siti specifici di riconoscimento – scambio di informazione

6 6 Le componenti della membrana Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 Lipidi Carboidrati Proteine

7 Le membrane biologiche sono composte di… 1. Lipidi – il doppio strato lipidico crea una barriera idrofobica Per la maggior parte fosfolipidi ma anche glicolipidi e colesterolo 2. Proteine – conferiscono specificità alle funzioni svolte dalla membrana a. Proteine di membrana periferiche legate alla superficie della membrana b. Proteine di membrana integrali – contengono domini idrofobici e idrofilici anfipatiche c. Glicoproteine (integrali) – contengono molecole glucidiche recettori di superficie

8 Quali funzioni sono associate ai vari componenti? Lipidi: - Barriera idrofobica Proteine: - Trasporto Specifico - Riconoscimento e comunicazione - Conversione di energia Carboidrati: - Riconoscimento e comunicazione

9 Struttura dei Fosfolipidi polare (idrofilico) gruppo di testa doppio testa code legame cis (idrofobiche) code non polari

10 Struttura dei Glicolipidi

11 Glicocalice I glicolipidi sono presenti nello strato esterno della membrana plasmatica La maggior parte delle proteine della membrana plasmatica sono glicoproteine Le glicoproteine hanno piccole catene di molecole di zuccheri (oligosaccaridi) legate ad esse Proteoglicani sono proteine di membrana che hanno una o più lunghe catene polisaccaridiche legate Tutti i carboidrati delle glicoproteine, proteoglicani e glicolipidi localizzati sul lato non citosolico della membrane formano un rivestimento di zuccheri chiamato il glicocalice Il glicocalice protegge la surperfice cellulare dal danneggiamento meccanico e chimico lubrificando inoltre la superficie assorbendo acqua

12 Glicocalice Rivestimento cellulare (glicocalice) Bilayer lipidico Glicoproteina transmembrana Glicoproteina assorbita Proteoglicano transmembrana spazio extra- cellulare glicolipide citosol

13 Riconoscimento cellula-cellula Gli oligosaccaridi della superfice cellulare forniscono ciascun tipo cellulare con un distinto marker di identificazione Il glicocalice è usato nel riconoscimento cellula-cellula Particolarmente importante nel mediare le risposte infiammatorie oligosaccaride specifico lectina cellula endoteliale sito dinfezione neutrofilo

14 Difesa immunitaria riconoscimento del not self

15 Struttura del Colesterolo rigido e planare steroideo dellanello struttura non polare idrocarburica coda guppo di testa polare

16 Nelle cellule animali, il colesterolo è usato per modulare la fluidità della membrana – riempie i buchi tra i nodi delle catene insature Particolarmente usato nella membrane plasmatica stretto impacchettamento minor fluidità/permeabilità fosfolipide colesterolo Fluidità della membrana (cont.)

17 I due strati hanno composizione differente - differenti fosfolipidi/glicolipidi tra interno ed esterno Asimmetria del doppio strato lipidico fosfatidilcolina sfingomielina colesterolo glicolipide fosfatidilserina fosfatidilinositolo fosfatidiletanolamina Spazio extracellulare citosol

18 Tutte le membrane biologiche sono bilayers lipidici Le proteine conferiscono proprietà uniche a ciascun tipo di membrana

19 Classi di Proteine di Membrana periferiche integrali superfice extracell. Superfice citosolica ancorate

20 Topologia di alcune proteine di membrana nella membrana plasmatica Type IType IIMulti- spanning

21 Associazione di proteine di membrana con un bilayer lipidico Legame covalente a molecola lipidica Legame debole, non- covalente, ad unaltra proteina di membrana SPAZIO EXTRACELLULARE CITOSOL Bilayer lipidico Integrali foglietto- Transmembrana legate a lipidi Periferche attaccate a proteine -elica

22 Proteine di membrana Nelle cellule animali, il 50% della massa del plasmalemma sono proteine Le proteine di membrane hanno molte funzioni: Trasportatori CollegamentoRecettoriEnzimi Membrane differenti esprimono proteine differenti funzioni differenti SPAZIO EXTRACELLULARE CITOSOL

23 23 Il trasporto attraverso la membrana Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 Le molecole possono attraversare la membrana cellulare per trasporto passivo, seguendo Il gradiente di concentrazione tra linterno e lesterno della cellula, oppure passare attraverso un trasporto attivo, contro gradiente ma con dispendio energetico.

24 Non richiede ulteriore energia oltre a quella derivata dal movimento molecolare Necessità di Energia Richiede ATP DIFFUSIONE Diffusione Semplice Diffusione Facilitata Molecole attraversano il doppio strato lipidico Caratteristiche Strutturali Trasporto mediato da proteine di membrana Vescicole rivestite da membrana ESOCITOSI FAGOCITOSI ENDOCITOSI Trasporto Attivo PRIMARIO Trasporto Attivo SECONDARIO Crea gradienti per

25 Permeabilità del bilayer lipidico bilayer lipidico I gas diffondono rapidamente gas O 2 CO 2 N 2 piccole molecole polari non cariche glicerolo etanolo Col tempo, piccole molecole polari non cariche diffondono attraverso un bilayer lipidico grosse molecole polari cariche amino acidi glucosio nucleotidi ioni H +,Na +, HCO 3 -,K + Ca 2+,Cl, Mg 2+ Grosse molecole polari non cariche, molecole polari cariche e ioni non permeano ioni Molecole solubili nei lipidi tendono a diffondere molecole lipofile ormoni steroidei

26 trasporto attraverso il plasmalemma alcune molecole sono in grado di attraversare libera-mente il bilayer lipidico acqua e ioni, a causa della loro polarità, passano solo attraverso canali proteici dedicati il passaggio di molte sostanze è consentito dalla presenza di proteine vettrici che, modificando la loro conformazione, «traghettano» le molecole da un alto allaltro della membrana molecole voluminose come le proteine non possono attraversare la membrana il trasporto contro gradienti di concentrazione richiede energia, come nel caso della pompa ionica Na-K

27 Proteine di trasporto 2 principali classi di proteine di trasporto: Proteine Carrier Legano il soluto da un lato della membrane e lo trasportano dallaltro lato con un cambiamento di conformazione della proteina Proteine Canale Formano pori idrofilici nella membrana attraverso cui certi ioni possono diffondere solutoione bilayer lipidico sito di legame del soluto poro idrofilo

28 Lenergetica del trasporto mediato da Carrier Trasporto Passivo (Diffusione Facilitata) Trasporto Attivo

29 29 Tipi di trasporto Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 Trasporto attivo, contro gradiente Diffusione facilitata, secondo gradiente

30 Proteine di Trasporto Simporto Uniporto Antiporto

31 TRASPORTO ATTIVO TRASPORTO ATTIVO I soluti si muovono CONTRO un gradiente di potenziale elettrochimico È richiesta energia metabolica (ATP) Tipi di trasporto attivo Trasporto attivo primario Trasporto attivo secondario

32 Esempio di un trasporto attivo primario Il sistema di trasporto è anche un enzima capace di idrolizzare lATP (una ATPasi)

33 3Na + 2K + Na + Canale di membrana del sodio Canale di membrana del potassio Sodio/potassio ATPasi Il sodio e il potassio attraversano la membrana attraverso specifiche proteine-canale,secondo gradiente. Tale gradiente viene creato e mantenuto dalla Na + /K + ATPasi

34 Ruolo della Na + /K + ATPasi I gradienti del Na + sono importanti per i trasporti attivi secondari di: –Soluti organici (glucosio, aminoacidi), Ca 2+, Cl -, H + Crea gradienti per Na+ e K+ necessari per: Potenziali dazione Potenziali sinaptici Potenziali generatori

35 TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO I meccanismi di trasporto lavorano insieme ATPasi Na + K+K+ Ambiente extracellulare Ambiente intracellulare glucosio Na + glucosio

36 Trasporti attivi secondari Spessissimo utilizzano il gradiente elettrochimico del Na + come fonte energetica. –Cotrasporti e controtrasporti –Il Substrato si muove contro il suo gradiente gradiente –Il Na + si muove secondo gradiente

37 Trasporti attivi secondari basati sul gradiente del Na + alcuni esempi: 2Na + glucosio Na + I-I- 3HCO 3 - Na + H+H+ HPO 4 - 3Na + Ca 2+ Na + K+K+ 2Cl -

38 Trasporto passivo (Diffusione Facilitata ) Non è richiesta energia metabolica I soluti si muovono lungo un gradiente di potenziale elettrochimico o di concentrazione combinati a un carrier

39 Gli enterociti prendono il GLUCOSIO e il Na + dal lume intestinale e li trasportano fino al sangue grazie a un simporto Na + /glucosio, una glucosio permeasi (una proteina per la diffusione facilitata del glucosio), e la Na + /K + ATPasi ATP sangue Lume intestinale glucosio SGLT Na + K+K+ Glucosio permeasi glucosio GLUT

40 40 Un tipo di trasporto passivo: losmosi Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010

41 41 Endocitosi ed esocitosi Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 Le molecole di grandi dimensioni (come proteine e polisaccaridi) possono attraversare la membrana plasmatica in entrata e in uscita grazie allendocitosi oppure grazie allesocitosi. Endocitosi Esocitosi


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