Membrane biologiche Isolamento

Comunicazione

Formazione compartimenti: distribuzione del lavoro cellulare Supporto per ancorare molecole

1935 Ipotesi di Danielli- Davson: membrana come un “sandwich”

1972 Ipotesi Singer e Nicolson: modello a mosaico fluido

La membrana analizzata con “freeze fracture”

Membrane biologiche: lipidi Fosfogliceridi Sfingolipidi Colesterolo: solo negli eucarioti

Struttura dei Glicolipidi

DOPPIO STRATO Fluido bidimensionale La fluidità si studia su LIPOSOMI o DOPPI STRATI SINTETICI

LIPOSOMI DOPPIO STRATO SINTETICO

Coesistenza di parti polari ed apolari: in acqua assumono posizione ordinata in maniera spontanea

Il foglietto fosfolipidico è stabile e fluido Legami elettrostatici deboli tra le teste polari Interazioni idrofobiche STABILITA’ Assenza di legami covalenti Dipende da temperatura Lunghezza delle code degli acidi grassi e loro insaturazione FLUIDITA’

I lipidi ruotano e traslano sullo stesso piano di membrana, ma difficilmente cambiano strato

Fluidità del doppio strato Composizione es. acidi grassi saturi-insaturi Temperatura Presenza di colesterolo

Il colesterolo: 1- ad alta temperatura evita eccessiva fluidità 2- a bassa temperatura impedisce la fase di gel delle membrane

Asimmetria Diversa distribuzione dei lipidi nei 2 strati INTERNO: fosfatidiletanolammina, fosfatidilserina, fosfatidilinositolo ESTERNO: fosfatidilcolina, sfingomielina

Asimmetria nasce in fase di sintesi nel RE Flippasi mantenengono concentrazioni diverse di P-lipidi

ZOLLE LIPIDICHE Meno fluidi: RAFT (glicosfingolipidi, colesterolo) CAVEOLAE, invaginate, associate ai processi di trasduzione del segnale Caveolae caratterizzate dalla proteina caveolina

Membrane biologiche: proteine Funzioni delle proteine di membrana Membrane diverse esprimono proteine diverse  funzioni diverse Alcune proteine si possono muovere nel doppio strato

Associazione di proteine di membrana con un bilayer lipidico

Schema di proteine di membrana in un doppio strato lipidico

Proteine periferiche di membrana Non incorporate, legate debolmente a proteine o fosfolipidi Rimosse senza distruggere la struttura del doppio strato

Proteine integrali di membrana Attraversano il doppio strato Rilasciate se viene distrutto il doppio strato con detergenti

Le a- eliche transmembrana sono costituite da 20-25 aminoacidi la maggior parte dei quali idrofobici.

Struttura tipica delle PORINE Batteri, cloroplasti e mitocondri

Proteine ancorate ai lipidi Sono legate covalentemente con molecole lipidiche del doppio strato, sia nel versante interno che in quello esterno

La membrana è collegata dal lato citoplasmatico a un CORTEX proteico

DOMINI DI MEMBRANA Mobilità delle proteine limitata dalla loro associazione con il citoscheletro Anche i lipidi possono influenzare la motilità delle proteine (zolle lipidiche)

IL GLICOCALICE: carboidrati Catene oligosaccaridiche ramificate o lineari: 2-60 unità monosaccaridiche Solo versante extracellulare

Glico-lipidi e glicoproteine: segnale di riconoscimento nell’interazione tra cellule Nelle glicoproteine la parte glucidica si lega alle proteine nel RER (legame N-glicosidico) e subisce modificazioni nell’apparato di Golgi (legame O-glicosidico)

ASIMMETRIA FOSFOLIPIDI: fosfatidilcolina e sfingomielina strato esterno, P-lipidi con carica negativa o neutra, strato interno PROTEINE GLICOLIPIDI E GLICOPROTEINE ALL’ESTERNO

I TRASPORTI DI MEMBRANA

REGOLAZIONE DEL FLUSSO DI IONI E MOLECOLE TRA INTERNO E ESTERNO DELLE CELLULE MEMBRANA SELETTIVAMENTE PREMEABILE

LA MEMBRANA E’ SEMIPERMEABILE

TRASPORTO PASSIVO TRASPORTO ATTIVO

Diffusione semplice: attraverso la componente lipidica Diffusione semplice: attraverso la componente lipidica. Segue gradiente di concentrazione. Importanti le dimensioni e lipoflia del composto e la temperatura

OSMOSI: la diffusione di acqua attraverso le membrane (da una solux più diluita ad una più concentrata) Nei tessuti animali le cellule sono immerse in un fluido ricco di soluti (Na+ e Cl-) che bilancia la concentrazione dei soluti all’interno della cellula

Diffusione facilitata: Proteine Vettore: cambia forma, trasferisce molecole idrosolubili Canali ionici: poro idrofilico, gli ioni si adattano al poro

TIPI DI TRASPORTO Differenza di concentrazione tra i due lati della membrana

Ogni membrana ha la sue proteine vettore Ogni vettore è selettivo e generalmente trasporta un solo tipo di molecola

Proteine vettore Trasporto secondo gradiente di concentrazione Trasporto di zuccheri, amminoacidi, nucleosidi…

Trasportatore del glucosio 12 segmenti alfa elica transmembrana Appena entrato nella cellula il glucosio viene fosforilato a glucosio-6-P

Proteine Canale 1-Pori aperti, es. porine, acquaporine 2-Canali ionici, selettivi e trasporto molto rapido Canali ionici: non sono sempre aperti; controllati da neurotrasmettitori , cambi di potenziale elettrico o stimolo meccanico

La selettività dipende dall’interazione tra ioni e pareti dei pori

Potenziale di membrana esercita una forza sulle molecole cariche Lato citoplasmatico: potenziale negativo Gli spostamenti di un soluto carico: gradiente di concentrazione e dal potenziale elettrico: gradiente elettrochimico

TRASPORTO ATTIVO CONTRO GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE: necessarie energia e proteine Tra gli ioni che vengono trasportati: Na+, K+, Ca2+ Molecole: amminoacidi, glucosio, altri zuccheri

Pompa sodio-potassio Equilibrio osmotico c. animale Produce un potenziale elettrico Gradiente elettrochimico: gradiente di concentrazione + gradiente elettrico

Cellule vegetali, funghi e batteri non hanno pompa Na+/K+, hanno pompe protoniche che creano un gradiente di H+ (batteri assumono zuccheri con simporti di H+)

IONE Ca2+ Ca2+ < nel citoplasma rispetto all’esterno. Abbondante nel REL Ca2+ innesca vari eventi cellulari (secrezione di molecole segnale, contrazione muscolare …) Pompe Ca2+: membrana (Ca2+ fuori dalla cellula) e reticolo endoplasmatico (Ca2+ nel reticolo)

Pompe H+ Es. pompa H+/K+ delle cellule parietali gastriche serve per acidificare i fluidi gastrici Bersaglio di farmaci usati per il trattamento dell’ulcera gastrica Presenti anche nei lisosomi, negli endosomi, nei batteri, nei lieviti

Trasporto attivo

il Trasporto attivo primario e le 4 classi di proteine di trasporto ATP-dipendenti. Le pompe della classe P sono costituite da 2 peptidi, a e b, e passano in uno stato fosforilato (subunità a) durante il ciclo di trasporto. . Le pompe delle classi F e V Usano ATP ma non vengono fosforilate Per ogni ATP consumato trasportano H+ contro gradiente elettrochimico Le proteine ABC Procarioti: trasporto ioni, AA,zuccheri Eucarioti: sostanze tossiche fuori da cellula MDR (multidrug-resistence transport protein) presenti nelle cellule, ma iper-espressi nelle c. tumorali Proteina CFTR, canale per il cloro (mutazione:fibrosi cistica) Le quattro classi di proteine di trasporto ATP-dipendenti. Le pompe della classe p sono costituite da due diversi peptidi, alfa e beta, e passano in uno stato fosforilato durante il ciclo di trasporto. La sequenza attorno al residuo che viene fosforilato, situato nelle subunità alfa è omologa nelle diverse pompe. Le pompe delle classi F e V non danno origine ad intermedi fosforilati. Le loro strutture sono simili e contengono proteine simili, ma le loro subunità non hanno alcuna relazione con quelle delle pompe della classe P. Tutti i membri dell'ampia superfamiglia di proteine ABC contengono quattro domini essenziali: due domini transmembrana (T) e due domini citosolici leganti ATP (A) che accoppiano l'idrolisi di ATP al trasporto di un dato soluto. In alcune proteine ABC, questi domini sono presenti come subunità separate (come nel caso illustrato) mentre, in altre, risultano fusi in un singolo polipeptide.

TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO Il gradiente di Na+ può alimentare il trasporto attivo del glucosio: trasportatori accoppiati

Co-trasporto glucosio-Na+

Na+ più abbondante fuori dalla cellula, K+ dentro e la cellula deve bilanciare le cariche positive e negative Na+ è bilanciato dal Cl- e il K+ è bilanciato da ioni intracellulari a carica negativa (anioni)