La membrana plasmatica è composta da: un doppio strato di fosfolipidi proteine associate alla membrana intrinseche estrinseche (o periferiche) Le teste polari dei fosfolipidi sono idrofile (cercano l’acqua) e sono quindi rivolte verso l’interno e l’esterno della cellula a contatto col le soluzioni acquose Le code apolari sono idrofobiche (sfuggono l’acqua) e sono rivolte verso l’interno della membrana

Le proteine intrinseche sono bloccate all’interno della membrana perché la porzione che attraversa la membrana ha residui aminoacidici apolari che non possono uscire a contatto con il mezzo acquoso no si Nella maggior parte delle cellule le proteine intrinseche possono muoversi in orizzontale liberamente scorrendo dentro la membrana Nei neuroni tuttavia la maggior parte delle proteine di membrana sono fissate in posizione dato che porzioni differenti del neurone hanno composizione proteica e proprietà differenti

In una membrana artificiale costituita da soli fosfolipidi: Caratteristiche di permeabilità del doppio strato fosfolipidico In una membrana artificiale costituita da soli fosfolipidi: Passano facilmente i gas, le molecole liposolubili e idrofobiche (O2, lipidi) Passano più lentamente le molecole polari (H2O, CO2) Non passano le molecole cariche (ioni: K+, Na+, Cl-) A parità di solubilità nei lipidi le molecole piccole passano più facilmente delle grandi (H2O diffonde più rapidamente di monosaccaridi o aminoacidi) NB: La scala è logaritmica per cui quando ad esempio si passa da 10 -8 a 10 -6 la permeabilità diventa 100 volte maggiore

Che cosa sono gli ioni? Quando un sale, ad esempio cloruro di sodio (NaCl), il comune sale da cucina, viene disciolto in acqua, le sue molecole si dissociano in ioni Na+ Cl- Nel sale NaCl il legame chimico è molto forte (in quanto le cariche opposte di Na+ e Cl- si attraggono) La separazione dei due ioni in soluzione è resa possibile dal fatto che in sostituzione del legame forte tra Na+ e Cl- si formano tanti legami deboli tra le molecole di acqua e gli ioni (il cosiddetto guscio di idratazione)

L’acqua infatti è un dipolo cioè una molecola con una parziale carica positiva e una parziale carica negativa in grado quindi di formare legami sia con Na+ che con Cl- (-) O H (+) O H Cl- Na+

Gli ioni che hanno maggior importanza per la fisiologia del neurone: Cationi (migrano al catodo) Anioni (migrano all’anodo) Cl- K+ Na+ Ca ++ Potassio Sodio Calcio Cloro

Canali ad accesso variabile I canali ionici: Permettono il passaggio degli ioni Sono estemamente selettivi (lasciano passare di solito un solo tipo di ione) Alcuni canali sono sempre aperti Altri si aprono e si chiudono in risposta a determinati stimoli Canali passivi Canali ad accesso variabile

Ci sono vari tipi di canali ad accesso variabile Alcuni variano la loro permeabilità a seconda della presenza all’esterno di messaggeri chimici (ormoni, neurotrasmettitori) Est Int Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad un messaggero intracellulare (II° messaggero) Alcuni variano la loro permeabilità quando vi è una variazione del voltaggio Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad una sollecitazione meccanica sulla cellula (mediata dal citoscheletro)

I canali ionici Tuttavia: 5 nanometri 6 manometri 2 nanometri I canali ionici sono proteine di membrana 5 nanometri 6 manometri 2 nanometri Est Essi sono troppo piccoli per essere studiati con metodi tradizionali Int Tuttavia: Appartengono a non più di 3-4 diverse famiglie e i diversi tipi di canali si assomigliano nella struttura Sono ben conservati a livello filogenetico: lo stesso canale si può trovare nella drosophila (moscerino della frutta) o nell’uomo 5 nanometri

I canali ionici sono composti da più sub-unità (di solito da 4 a 6) La porzione che attraversa la membrana ha una struttura ad α-elica con amminoacidi polari rivolti verso il canale e amminoacidi apolari rivolti verso lo strato fosfolipidico

Metodi di studio dei canali ionici Approfondimento La sequenza degli amminoacidi ci può dare molte informazioni La struttura secondaria ci può dare informazione sulla forma del canale La mappa di idrofobicità ci da indizi sulla struttura e sulla funzione dei canali È anche possibile causare mutazioni mirate in certe porzioni del canale per vedere qual è la funzione di quella porzione

Patch-clamp È possibile studiare il comportamento elettrico di un solo canale per mezzo del metodo del patch-clamp

Immunocitochimica È possibile ottenere anticorpi che rispondono selettivamente ad un canale ionico o a sue porzioni (immunizzando ad es. un coniglio con un estratto cellulare) Questi anticorpi vengono poi marcati (con radioattivo o con coloranti speciali) e si va a vedere dove gli anticorpi si vanno ad attaccare a livello di una cellula o di un tessuto