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I fosfolipidi formano doppi strati disponendo le teste polari a contatto con lacqua e le code idrofobiche allinterno Membrane biologiche (1) 1 Il doppio.

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1 I fosfolipidi formano doppi strati disponendo le teste polari a contatto con lacqua e le code idrofobiche allinterno Membrane biologiche (1) 1 Il doppio stato si comporta come un fluido più o meno disordinato (mare agitato). La fluidità dipende dalla temperatura e dalla percentuale di lipidi insaturi. Negli organismi che vivono in ambienti freddi le membrane hanno molti acidi grassi insaturi. I batteri si adattano molto velocemente alla temperatura variando la sintesi degli acidi grassi insaturi rispetto a quelli saturi. Nella membrana dei batteri non cè il colesterolo

2 2 Membrane biologiche (2) La diffusione trasversale è rara ma essenziale per trasferire un fosfolipide di membrana, sintetizzato sempre allinterno della membrana, sulla superficie esterna

3 Il colesterolo rende il doppio strato meno flessibile e permeabile alle alte temperature. A basse temperature ha effetto opposto Membrane biologiche (3) Le molecole di colesterolo si orientano con i gruppi idrossili vicini alle teste polari dei fosfolipidi. Il loro anello steroide rigido interagisce con le teste immobilizzandole parzialmente 3

4 4 Membrane biologiche (4) La fluidità della membrana è alla base delle sue principali proprietà strutturali e funzionali

5 Proteine di membrana (1) 5

6 6 Proteine di membrana (2) Le proteine integrali sono unite alle membrane da interazioni idrofobiche con i lipidi ( Es: glicoforina eritrocitaria) polisaccaridi residui amminoacidici polari residui amminoacidici apolari residui amminoacidici polari

7 7 Proteine di membrana (2) ancora lipidica Varie tipologie di proteine integrali di membrana

8 8 Proteine di membrana (3) Certe proteine integrali di membrana mediano le interazioni cellula-cellula

9 Spesso le proteine integrali di membrana per evitare una eccessiva mobilità si ancorano a delle strutture interne del citoscheletro Es: Membrana eritrocitaria cammelli Lalta espressione di spettrina presente negli eritrociti dei cammelli conferisce resistenza alla lisi (shock osmotico) in seguito a un abbondante e breve abbeveraggio di acqua 9 Proteine di membrana (4)

10 Una membrana di fosfolipidi è impermeabile a tutte le molecole polari indipendentemente dalla loro grandezza quindi sali, zuccheri, ATP, acidi organici non possono attraversarla in assenza di specifici trasportatori Trasporto di membrana (1) I sistemi di trasporto si dividono in tre tipologie (questa classificazione prescinde dalla eventuale richiesta di energia) 10

11 Trasporto di membrana (2) 11

12 Diffusione semplice Processo guidato da un aumento di entropia del sistema 12

13 Diffusione facilitata (1) Trasporto passivo senza trasportatore Trasporto passivo con trasportatore G = G deidratazione + G legame 13

14 Diffusione facilitata (2) E + S ESEP E + P T + S e TS e TS i T + S i Cinetica enzimatica Trasporto facilitato 14 Analogia con la cinetica enzimatica

15 Diffusione facilitata (3) Es: glucosio permeasi eritrocitaria Caratteristiche Alta velocità di diffusione (ingresso facilitato di circa volte) Saturabilità Specificità D-glucosio (K t =1,5 mM) D-mannosio (K t =20 mM) D-galattosio (K t =20 mM) L-glucosio (K t =3000 mM) Trasporto passivo uniporto [G] interno < 5mM [G] esterno = 5mM 15

16 Diffusione facilitata (4) Cotrasporto bidirezionale facilitato di circa volte Trasporto passivo antiporto Es: scambiatore cloruro-bicarbonato eritrocitario 16

17 Trasporto attivo (1) 17

18 18 Trasporto attivo (2) Il trasporto attivo sposta il soluto contro un gradiente di concentrazione t=0 (C 1 C 2 ) C1C1 C2C2 t=0 (C 1

19 Trasporto attivo primario (1) 19 (tipo P) Es : Pompa Na + K + ATPasi Il mantenimento della pompa attiva in condizioni di riposo, richiede il 25% di ATP prodotto. Contribuisce al mantenimento di [Na + ] e [K + ] intracellulare e alla generazione del potenziale elettrico di membrana ( essenziale per la trasmissione dei segnali neuronali. Il gradiente di Na + viene usato per cotrasportare diversi soluti (trasporto attivo secondario)

20 Trasporto attivo primario (2) Inibitori: Uabaina (estratto da un seme di un arbusto africano) Digitossigenina (simile alluabaina ma estratta dalla digitale) Vanadato (analogo del Pi) 20 Il processo è elettrogenico F = mV

21 Ione trasportato Tipo di membrana Organismo o tessuto Funzione dellATPasi ATPasi di tipo P (fosforilazione aspatato, P= fosforo) Na + e K + Plasmatica Eucarioti Mantiene basso il Na + e alto il K + allinterno della cellula e crea un potenziale elettrico H + e K + Plasmatica Stomaco Acidifica il contenuto dello stomaco Ca 2+ Reticolo sarcoplasmatico Muscolo Mantiene basso il Ca 2+ nel citosol ATPasi di tipo V ( Vescicola o Vacuolo) H+H+ Vescicole secretorie, lisosomi Animali Mantiene basso il pH nellorganulo attivando proteasi e altri enzimi idrolitici ATPasi di tipo F (Fattore) H+H+ Mitocondriale interna (MMI) Eucarioti Genera un gradiente di H + che attiva la sintesi di ATP H+H+ Plasmatica Procarioti Genera un gradiente di H + che attiva la sintesi di ATP Principali tipi di ATPasi di trasporto 21

22 22 Trasporto attivo secondario (1) Il gradiente ionico di Na + o H +, formato dal trasporto primario, è sfruttato come energia trainante per il cotrasporto di altri soluti (ioni, zuccheri, amminoacidi) (ioni, zuccheri, amminoacidi) (Na +, H + ) Organismo o tessutoSoluto trasportato (simporto o antiporto) Soluto cotrasportatore E.coli ( es1 ) Lattosio (simporto)H+H+ Intestino,rene ( es2 ) Glucosio (simporto)Na + Cellule di vertebrati ( es3 ) Ca 2+ (antiporto)Na +

23 Trasporto attivo secondario (2) 23 Es 1 : lattosio permeasi nelle.coli (simporto)

24 Trasporto attivo secondario (3) 24 Es 2 : glucosio permeasi nelle cellule intestinali e renali (simporto)

25 25 Trasporto attivo secondario (2) Na + 2K + Ca 2+ 3Na + [Ca 2+ ]=10 -7 Trasporto attivo primario Trasporto attivo secondario [Ca 2+ ]=10 -3 Es 3 : trasporto del calcio allesterno della membrana (antiporto) Ca 2+ -ATPasi Oltre al sistema attivo secondario, esiste un sistema attivo primario (Ca 2+ -ATPasi) dove il Ca 2+ viene: pompato fuori o dentro le membrane: allesterno delle membrane cellulari allesterno degli organuli intracellulari (reticolo endoplasmatico,mitocondri) allinterno del reticolo sarcoplasmatico La variazione di [Ca 2+ ] intracellulare è fondamentale per molte funzionalità, per questo è mantenuta molto bassa. Oltre ai sistemi di trasposto esistono dentro la cellula varie molecole che legano il Ca 2+ (es: calmodulina )

26 26 Agenti disaccoppianti I prodotti naturali o sintetici che alterano il gradiente ionico che si forma attraverso le membrane biologiche sono definiti agenti disaccoppianti perché la loro presenza annulla o riduce il trasporto attivo o la conservazione dellenergia Possono essere usati come: veleni agenti dimagranti (es: 2,4 dinitrofenolo) termoregolatori (es: termogenina) antibiotici (es: valinomicina, monensina) La valinomicina, un piccolo peptide idrofobico ciclico, neutralizza la carica dello ione K + circondandolo con 6 ossigeni carbonilici e lo traghetta attraverso la membrana annullando il gradiente ionico. Un analoga azione la esercita la monensina nei confronti di Na + (agenti disaccoppianti ionofori)

27 Acquaporine Canali ionici selettivi controllati dal voltaggio controllati da ligandi Canali ionici 27

28 Proteine integrali con più (6 o 8) segmenti transmembrana elicoidali Nel caso della AQP-1 presente nei tubuli renali lunità funzionale è costituita da un tetramero che si associa faccia a faccia, con i loro 24 segmenti transmembrana, a formare un canale centrale tappezzato da catene laterali idrofiliche. Acquaporine H2OH2O Canali transmembrana che permettono il passaggio più rapido dellacqua TipoFunzione e localizzazione AQP-1Riassorbimento dei fluidi nel rene; secrezione di umor acqueo occhi, e fluido cerebrospinale nel SNC, omeostasi acqua nei polmoni, AQP-5Secrezione di fluidi nelle ghiandole salivari, lacrimali e epitelio polmonare TIPRegolazione della pressione di turgore nel tonoplasto delle piante 28

29 29 Canali ionici selettivi Determinano la permeabilità della membrana a ioni specifici e, insieme alle pompe ioniche, regolano la concentrazione citosolica degli ioni e il potenziale di membrana (potenziale di azione a livello dei neuroni). Nei miociti lapertura dei canali per il Ca 2+ nel reticolo sarcoplasmatico permette la contrazione muscolare. Si distinguono dai trasportatori di ioni per tre caratteristiche: alta velocità di flusso (>10 7 ioni/sec) non saturabilità soggetti a regolazione voltaggio ligandi

30 Canali ionici selettivi controllati dal voltaggio (1) 30 Es: Canale per Na + voltaggio-dipendente nei neuroni Singolo polipeptide organizzato in quattro domini raggruppati attorno ad un canale centrale per il passaggio di Na + attraverso la membrana. Lelica 4 di ogni dominio, con alta densità di residui carichi, in seguito del cambiamento del voltaggio di transmembrana (-60mV +30mV) si muove e causa lapertura del canale.

31 Canali ionici selettivi controllati dal ligando (1) 31 Es: recettore nicotinico dellacetilcolina Ha la funzione di trasmettere limpulso elettrico da un neurone motorio al miocita provocando la contrazione. Lacetilcolina rilasciata dal neurone si lega al recettore del miocita provocando una variazione conformazionale nel recettore che produce lapertura del canale ionico. Lafflusso di cariche allinterno del miocita depolarizza la membrana plasmatica innescando la contrazione. Il processo termina dopo qualche secondo per azione dellacetilcolinesterasi che idrolizza lacetilcolina

32 Canali ionici selettivi controllati dal ligando (2) 32 Dettagli del recettore nicotinico dellacetilcolina

33 33 Es: trasmissione neuronale tramite lacetilcolina Inizialmente il neurone presinaptico è polarizzato per azione della pompa Na + K + ATPasi. lo stimolo che raggiunge questo neurone genera un potenziale dazione che causa depolarizzazione della membrana presinaptica e apertura di canali Ca 2+ dipendenti dal voltaggio,.alla estremità dellassone Questo, a seguito del fortissimo gradiente chimico esistente (2 mM allesterno e M allinterno), genera un rapido influsso di ioni Ca 2+ allinterno del terminale pre-sinaptico. Laumento del calcio innesca esocitosi delle vescicole contenenti il neurotrasmettitore acetilcolina Le molecole di acetilcolina,diffondono nello spazio sinaptico, si legano a specifici recettori della membrana postsinaptica, e causano lapertura del canale ionico controllato dal ligando che rilascia ioni nellassone successivo Il flusso di ioni genera un potenziale di azione che depolarizza la membrana nel secondo assone provocando una sequenza di eventi come nel precedente assone. Nel caso della giunzione neuromuscolare il potenziale dazione porta alla contrazione della fibra muscolare. Azione combinata dei canali ionici selettivi

34 Inibitori dei canali per Na + controllati dal voltaggio: tetrodossina: Sphaeroides rubripes (Fugu o pesce palla) sassitossina: Gonyaulax (dinoflagellato marino) I molluschi, specialmente vongole e cozze si cibano di questi dinoflagellati e possono essere molto tossici (paralisi respiratoria) 34 Inibitori dei canali ionici Inibitori dei canali per K + controllati dal voltaggio: dendrotossina (serpente mamba) Inibitori del recettore dellacetilcolina: tubocuranina (curaro) E O CH 3 CH 2 - O H + F -P-O--CH O CH 3 H 3 C-CH-CH 3 E O CH 3 CH 2 -OH- O -P-O--CH + H F O CH 3 H 3 C-CH-CH 3.. Acetilcolinesterasi (degrada lacetilcolina) Inibitori dellacetilcolinesterasi: diisopropilfluorofosfato ( Inibitore suicida )


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