MEMBRANE E TRASPORTO

Ruolo svolto dalla membrana plasmatica mantenere la permeabilità selettiva di piccole e grandi molecole accumulo di nutrienti cellulari controllo del flusso di informazioni trasduzione dell’energia movimento cellulare riproduzione compartimentazione intracellulare

I lipidi anfipatici formano spontaneamente strutture aggregate

formule di struttura di alcuni acidi grassi C18

16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 20:4

I doppi legami che si trovano negli acidi grassi sono quasi sempre nella configurazione cis. L’incidenza di malattie cardiovascolari è correlata a diete ricche di acidi grassi saturi. Acidi grassi essenziali: acido linoleico (18:2), acido linolenico (18:3) acido arachidonico ( prostaglandine )

La forma di accumulo dei lipidi e costituita dai triacilgliceroli

TRIACILGLICEROLI ( O TRIGLICERIDI) I triacilgliceroli si trovano principalmente nel tessuto adiposo

Circa il 50% degli acidi grassi presenti nei fosfolipidi di membrana sono insaturi (posizione cis). I lipidi di membrana più rappresentati sono di tre tipi: fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo Struttura schematica di un fosfolipide

STRUTTURA SCHEMATICA DI UN GLICEROFOSFOLIPIDE L’alcol può essere etanolamina, colina, serina, inositolo.

Azione delle fosfolipasi fosfolipasi A2 (nei veleni di api e serpenti) fosfolipasi A2 fosfolipasi C fosfolipasi D potente detergente che distrugge le membrane cellulari

Quando al cerammide si lega una sola molecola di glucosio o galattosio si forma un cerebroside. Quando al cerammide si legano 3 o più zuccheri, di cui uno è un acido sialico, si forma un ganglioside.

I GANGLIOSIDI sono glicosfingolipidi complessi e costituiscono una frazione significativa dei lipidi del cervello. Le teste polari costituite da oligosaccaridi si estendono al di fuori della superficie della cellula e agiscono come recettori specifici per certi ormoni di natura glicoproteica che regolano molte funzioni fisiologiche.

FOSFOLIPIDI DI MEMBRANA sintetizzati nel reticolo endoplasmatico PLEP Phospholipid Exchange Proteins organelli cellulari

Quando i fosfolipidi vengono messi in acqua formano spontaneamente e rapidamente doppi strati (con un singolo doppio strato lipidico) (con più doppi strati lipidici) liposomi utilizzati come sistemi di somministrazione di medicinali ed enzimi per applicazioni terapeutiche

fegato cistifellea massa tumorale costole colonna vertebrale I liposomi possono essere usati per introdurre agenti di contrasto per procedure diagnostiche per immagini colonna vertebrale costole cistifellea fegato massa tumorale Un’immagine di tomografia computerizzata (CT) della parte superiore dell’addome di un cane, in seguito alla somministrazione di iodio incapsulato in liposomi

Il modello a mosaico fluido della struttura della membrana proposto da S.J. Singer e G.L. Nicolson nel 1972

Membrana degli eritrociti umani I fosfolipidi sono disposti in maniera asimmetrica nella maggior parte delle membrane La carica totale sulla superficie esterna ed interna di una membrana dipende dalla distribuzione dei lipidi. Le differenze di carica che si determinano influenzano il potenziale di membrana che modula l’attività di alcuni canali ionici.

Il modello a mosaico fluido permette il movimento laterale (rapido) e il trasferimento trasversale (molto lento)

I fosfolipidi possono essere trasferiti sull’altro lato del doppio strato della membrana per azione di proteine dette flippasi. Negli eritrociti l’attività di flippasi ATP-dipendente è responsabile del mantenimento della diversa distribuzione dei lipidi.

Proteine integrali di membrana proteine con un singolo segmento transmembrana la glicoforina A si dispone attraverso la membrana degli eritrociti umani mediante un singolo segmento transmembrana ad a elica Al dominio extracellulare sono attaccate diverse unità di oligosaccaridi che costituiscono i determinanti antigenici dei gruppi sanguigni AB0 e MN

La struttura dell’istamina e di tre farmaci antistaminici rilasciata dai mastociti del tessuto connettivo lasso, si lega ai recettori H1 dell’istamina (proteine integrali di membrana) aumento di permeabilità dei capillari (passaggio degli anticorpi dai capillari ai tessuti) restrizione del lume bronchiale antagonisti dei recettori H1 dell’istamina La struttura dell’istamina e di tre farmaci antistaminici

La gemmazione e la fusione di membrane stanno alla base di alcuni processi biologici importanti Endocitosi mediata da recettore

Rilascio del neurotrasmettitore I lipid raft servono a trasferire messaggi chimici

Rappresentazione schematica di una sinapsi L’acetilcolina depolarizza la membrana postsinaptica aumentando la conduttanza per gli ioni Na+ e K+

Rappresentazione schematica della forma chiusa del recettore canale per l’acetilcolina Apertura del poro del recettore canale

TRASPORTO DI MEMBRANA: diffusione passiva

Diffusione facilitata proteina canale: consente il passaggio, per diffusione secondo gradiente, di acqua ed elettroliti proteina carrier: consente il passaggio, per diffusione secondo gradiente, di nutrienti e metaboliti Caratteristiche: specificità e saturabilità uniporto: trasporto di un’unica molecola cotrasporto:trasporto di più molecole sinporto antiporto

I cotrasportatori impiegano un gradiente di concentrazione per favorire la formazione di un altro gradiente Nell’antiporto le due specie chimiche si muovono in direzioni opposte Nel simporto le due specie chimiche si muovono nella stessa direzione

La diffusione passiva e la diffusione facilitata possono essere distinte graficamente

Modello per la disposizione della proteina di trasporto del glucosio (12 segmenti ad elica transmembrana) nella membrana degli eritrociti

GLUT4 nel muscolo e nelle cellule adipose

Rappresentazione idropatica della proteina trasportatrice degli anioni Questo sistema di trasporto opera uno scambio uno a uno di Cl- e HCO3- in modo tale che il processo di trasporto finale risulti elettricamente neutro.

Disegni schematici di ionofori trasportatori mobili e ionofori che formano canali

Il sistema di trasporto attivo richiede energia fornita dall’idrolisi dell’ATP ed avviene contro gradiente di concentrazione Tutte le cellule animali espellono ioni Na+ e accumulano ioni K+ in modo attivo.

Disegno schematico della Na+/K+- ATPasi L’idrolisi dell’ATP avviene dal lato citoplasmatico della membrana. Gli ioni Na+ vengono trasportati fuori della cellula e gli ioni K+ vengono portati dentro

La Na+/K+ - ATPasi converte l’energia libera del trasferimento del gruppo fosforico nell’energia libera di un gradiente di ioni Na+. Il gradiente ionico può poi essere utilizzato per pompare sostanze nella cellula (cotrasportatore per il simporto Na+-glucosio)

La digitossigenina e la ouabaina sono steroidi cardiotonici: inibiscono la Na+/K+- ATPasi e il trasporto di ioni stimolando la contrazione del muscolo cardiaco

La multiresistenza ai farmaci e la fibrosi cistica pongono in rilievo una famiglia di proteine di membrana con domini che legano ATP MDR e CFTR sono proteine omologhe costituite da due domini transmembrana e da due domini che legano l’ATP (ABC= ATP binding cassette) utilizza ATP per trasportare fuori dalla cellula un’ampia varietà di farmaci utilizza ATP per trasportare fuori dalla cellula Cl-

dei protoni nello stomaco pH 1 pH 7.4 gradiente di pH La H+, K+-ATPasi delle cellule della mucosa gastrica media il trasporto dei protoni nello stomaco

Il rimodellamento osseo è effettuato dalle pompe protoniche degli osteoclasti Le pompe protoniche si ammassano sul lato arricciato della membrana degli osteoclasti e pompano protoni nello spazio tra la membrana cellulare e la superficie dell’osso. L’alta concentrazione protonica che si viene a formare in questo spazio solubilizza la matrice minerale dell’osso.