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Corso di Fisiologia Generale Scienze Biologiche Ordinamento triennale Docente: Prof. Mauro Toselli Potrete scaricare alcuni degli argomenti.

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1 Corso di Fisiologia Generale Scienze Biologiche Ordinamento triennale Docente: Prof. Mauro Toselli Potrete scaricare alcuni degli argomenti trattati a lezione al seguente indirizzo web:

2 Componenti di una tipica cellula animale Membr. nucleare nucleo lisosoma perossisoma mitocondrio Apparato del Golgi reticolo endoplasmico vescicola citosol Membrana plasmatica

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

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

5 Molecole indesiderabili, microorganismi ecc. Molecole nutritizie Componenti intracellulari Molecole nutritizie desiderabili Prodotti metabolici inutili Dogana La membrana plasmatica è una barriera selettiva

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

7 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

8 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

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

10 Composizione in lipidi della membrana plasmatica

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

12 Fosfolipide in 3D

13 Struttura dei Glicolipidi

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

15 Colesterolo in 3D

16 Come si organizzano i lipidi in membrana?

17 I fosfolipidi in acqua possono formare spontaneamente tre strutture Micella Liposoma Doppio strato

18 + H 2 O Ricostruzione di un bilayer lipidico

19 Bilayer Lipidico in 3D

20 Fluidità della membrana La fluidità della membrana è importante per la sua funzione; è determinata dalla sua composizione lipidica Stretto impacchettamento delle code idrofobiche minore fluidità La lunghezza e il n o di doppi legami (insaturi) determinano il grado di impacchettamento La lunghezza varia da atomi di C; catena più corta minore interazione aumento della fluidità Una coda ha un doppio legame - insatura; laltra coda non ha doppi legami- satura Doppi legami maggiore rigidità doppio legame -nodo

21 Movimento di lipidi in un bilayer Flessione e cambiamento di orientamento delle teste polari Diffusione laterale Diffusione trasversale Diffusione rotazionaleale Flessione delle catene aciliche

22 Fluidità della membrana (cont.) Perchè la membrana ha bisogno di essere fluida? Permette una rapida diffusione laterale delle proteine di membrana nel bilayer e favorisce le interazioni (importante per la comunicazione cellulare) Facilita la distribuzione dei lipidi e delle proteine di membrana dal sito di inserzione ad altre regioni della cellula Permette alle membrane di fondere e mixare molecole

23 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.)

24 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

25 Composizione in proteine della membrana plasmatica

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

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

28 Come può un legame peptidico polare essere inserito nel core idrofobico di un bilayer fosfolipidico? estremità amino (N-) terminale estremità carbossi (C-) terminale

29 Le - eliche transmembrana tipicamente sono costituite da aminoacidi la maggior parte dei quali idrofobici. triptofanofenilalaninaprolinaisoleucina

30 In una -elica i legami peptidici polari si trovano allinterno e i gruppi R delle catene laterali protrudono allesterno 3.6 residui/giro

31 -elica in 3D Foglietto in 3D

32 Glicoforina: tipica proteina che attraversa la membrana plasmatica una volta

33 Batteriorodopsina, tipica proteina che attraversa la membrana plasmatica sette volte

34 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

35 Funzioni svolte dalle proteine di membrana

36 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

37 Rafforzamento della membrana plasmatica La membrana cellulare è molto sottile e fragile Essa è rafforzata e supportata da una trama proteica attaccata alla membrana attraverso proteine di membrana La forma della cellula e le proprietà meccaniche della membrana sono determinate dalla cortex cellulare - una trama di proteine fibrose attaccate al lato citosolico della membrana

38 Cortex cellulare delleritrocita umano Lato citosolico della membrana spectrina proteine transmembrana Proteine di ancoraggio actina

39 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

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

41 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

42 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

43 Transporto attraverso la membrana Il bilayer lipidico è practicamente impermeabile alle molecole idrofile Le cellule richiedono di importare nutrimenti solubili in acqua (zuccheri, aminoacidi, etc), eliminare prodotti di degradazione e controllare la concentrazione ionica (H +, Na +, K +, Ca 2+, etc) Ciò rechiede proteine di trasporto per facilitare lingresso/uscita attraverso la membrana di molecole specifiche Ciascun tipo di membrana ha un set caratteristico di proteine di trasporto che determinano il tipo di soluti che possono entrare/uscire dalla cellula/organello bilayer lipidico artificiale senza proteine membrane cellulare

44 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

45 Proteine che utilizzano singole -eliche transmembrana sono tipicamente recettori: la parte extracellulare lega molecole segnale, la parte citoplasmatica segnala allinterno della cellula Altre proteine transmembrana formano pori idrofili che permettono a molecole idrofiliche di attraversare la membrana – ciò non è possibile con singole -eliche sono necessarie -eliche multiple Proteine transmembrana p.es. 5 -eliche formano canali idrofili attraverso il bilayer Catene laterali idrofobiche (verdi) entrano in contatto con le code di idrocarburi Catene laterali idrofiliche (rosse) formano un poro ripieno dacqua poro acquoso -elica bilayer lipidico

46

47 Tutte le membrane biologiche sono bilayers di fosfolipidi Le proteine in ciascun tipo di membrana le conferiscono proprietà uniche

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


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