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BIOFISICA DELLE MEMBRANE Biofisica e Fisiologia I Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia.

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Presentazione sul tema: "BIOFISICA DELLE MEMBRANE Biofisica e Fisiologia I Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia."— Transcript della presentazione:

1 BIOFISICA DELLE MEMBRANE Biofisica e Fisiologia I Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia

2 Le funzioni biologiche di tutti gli organismi viventi si svolgono mediante scambio di sostanze ed informazioni attraverso membrane. Membrana = struttura che separa due mezzi diversi (gas o liquidi) e che regola selettivamente il trasporto delle sostanze in essi contenute in entrata ed in uscita. compartimento 2 compartimento 1 BIOFISICA DELLE MEMBRANE

3 membrana plasmatica ambiente interno ambiente esterno ambiente interno membrane intracellulari CELLULA PROCARIOTE: membrana plasmatica CELLULA EUCARIOTE: membrana plasmatica membrane intracellulari membrana epiteliale ambiente interno dellorganismo ambiente esterno allorganismo giunzione intercellulare membrana apicale membrana basolaterale Tipi di membrane biologiche

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5 Membrana alveolare

6 Membrana epiteliale cm Membrana cellulare cm Tipi di membrane biologiche

7 I fosfolipidi sono molecole anfipatiche

8 ambiente acquoso Organizzazione dei fosfolipidi in acqua

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16 Le proprietà del doppio strato dipendono dalla temperatura

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19 CO NH Gruppi laterali idrofobici

20 PROTEINE DI MEMBRANA 1) CANALI: proteine integrali (generalmente glicoproteine), che funzionano come pori per consentire lentrata e luscita di determinate sostanze in cellula. 2) TRASPORTATORI (o carriers): proteine che, mediante cambiamenti conformazionali, consentono il passaggio selettivo di determinate molecole o ioni. 3) RECETTORI: proteine integrali che riconoscono specificatamente determinate molecole (ormoni, neurotrasmettitori, nutrienti ecc.). 4) ENZIMI: proteine integrali o periferiche che catalizzano reazioni enzimatiche sulla superficie della membrana. 5) ANCORAGGI DEL CITOSCHELETRO: proteine periferiche, affacciate dal lato citoplasmatico della membrana, che servono per ancorare i filamenti del citoscheletro. 6) MARCATORI DI IDENTITA CELLULARE: glicoproteine o glicolipidi caratteristici di ciascun individuo, che permettono lidentificazione delle cellule provenienti da altri organismi (es. marcatori ABO).

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22 Il flusso è una grandezza vettoriale Flusso totale: J S = J S J S 2 1 J V = J V J V 2 1 Flussi attraverso membrane Flusso di sostanza = J = quantità di materia che attraversa la membrana per unità di superficie e per unità di tempo Flusso (soluto): J S = mol (soluto) cm -2 s -1 Flusso (soluzione): J V = cm 3 (soluzione) cm -2 s -1

23 Velocità di diffusione attraverso membrane Velocità di trasporto: V S = S x J S [moli soluto/s] V = S x J V [cm 3 /s]

24 Meccanismi di trasporto Passaggio di sostanze tramite: processi fisici trasporto passivo Processi fisici Si ha flusso di soluto se tra i 2 compartimenti esiste una differenza (gradiente) di: - concentrazione diffusione - potenziale elettrico elettrodiffusione - temperatura termodiffusione - pressione idraulica filtrazione - pressione osmotica osmosi

25 Diffusione J S = P ΔC Elettrodiffusione J S = K ed ΔV Termodiffusione J S = K T ΔT Flusso di volume J V = K P ΔP Osmosi J V = K o Δπ Flusso di soluto: J S = n.moli soluto /(cm 2 s) Flusso globale: J V = volume soluzione/(cm 2 s)

26 La legge di Fick può essere applicata alla diffusione passiva attraverso la membrana cellulare C acq 1 Cm1Cm1 Cm2Cm2 C acq 2 x C acq 1 C acq 2 > R(C m 1 – C m 2 ) il flusso netto transmembranario è espresso in funzione delle concentrazioni dentro la membrana : La legge di Fick descrive la diffusione libera anche in ambienti non acquosi e quindi anche nellambiente interno libero di una qualsiasi membrana omogenea R = [C] olio /[C] acqua

27 J S = P C con P = -D m R/ x = permeabilità della membrana R = coefficiente di ripartizione olio/acqua R = [S] olio /[S] acqua Diffusione attraverso doppi strati fosfolipidici

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29 La permeabilità relativa di una molecola attraverso un doppio strato lipidico è proporzionale al suo coefficiente di ripartizione R tra la fase di olio e la fase acquosa

30 Coefficiente di diffusione Il coefficiente di diffusione libera D dipende da: - temperatura assoluta T - caratteristiche fisico-chimiche di soluto e solvente dimensioni molecola: raggio r attrito viscosità liquido D = kT/6 π r (almeno volte più grande nei gas che nei liquidi) k = R/N N = R = 8.3 J mol -1 K -1

31 A B Legge di Einstein

32 Molecole R(Å)D(cm 2 s -1 ) H2OH2O 1, O2O2 2, C 6 H 12 O 6 4,56, Hb 31,0 6,

33 Sinapsi chimica Membrana presinaptica Spazio sinaptico Membrana postsinaptica Vescicola presinaptica

34 Meccanismi di trasporto Passaggio di sostanze tramite: processi biochimici trasporto facilitato trasporto attivo

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36 C1C1 C2C2 Time (s) ΔCΔC J = PΔC Equilibrio diffusivo

37 tempo J ΔC = costante

38 Energia libera e diffusione La variazione di energia libera che si osserva quando una mole di soluto viene trasferita da un mezzo a concentrazione C 1 ad un mezzo a concentrazione C 2 è data da: ΔG = RTln(C 2 /C 1 ) ΔG < 0 se C 2

39 Distribuzione liquidi corporei


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