MEMBRANA PLASMATICA La cellula è un’entità altamente complessa ed organizzata in diverse unità ed organelli funzionali. Molte di queste unità sono separate le une dalle altre per mezzo di membrane specializzate. In passato si pensava che fosse solo un mezzo di separazione tra interno ed esterno (funzione contenitiva). In realtà svolge diverse funzioni: protegge la cellula e gli organelli regola selettivamente i trasporti in entrata ed in uscita permette di riconoscere determinate sostanze chimiche tramite i recettori di membrana fornisce un punto di ancoraggio per i filamenti del citoscheletro o i componenti della matrice intracellulare che permettono alla cellula di mantenere una data forma permette il riconoscimento cellulare permette la compartimentazione dei domini subcellulari nei quali avvengono determinate reazioni enzimatiche regola la fusione con altre membrane permette il passaggio di determinate molecole attraverso canali o giunzioni permette la mobilità di alcune cellule e organelli

membrana plasmatica membrana epiteliale: membrane intracellulari ambiente esterno ambiente esterno ambiente interno membrana plasmatica membrane intracellulari ambiente interno CELLULA PROCARIOTE: membrana plasmatica CELLULA EUCARIOTE: membrana plasmatica e membrane intracellulari membrana epiteliale: membrane plasmatiche in serie ambiente interno dell’organismo ambiente esterno all’organismo giunzione intercellulare membrana apicale membrana basolaterale

COMPOSIZIONE CHIMICA Membrane plasmatiche e intracellulari sono molto simili, sia per struttura che per composizione: LIPIDI PROTEINE (fosfolipidi e colesterolo) (estrinseche ed intrinseche) GLUCIDI (glicolipidi e glicoproteine) (in minore quantità, in membrane plasmatiche di alcune cellule)

Che cos’è un lipide?

acidi grassi essenziali insaturi acido linoleico C18 acido arachidonico C20 trigliceridi,cere grassi di deposito olio di balena: 76% cera, 24% trigliceridi fosfolipidi cerebrosidi steroli componenti delle biomembrane

cardiolipina

thicker than normal membranes (46 versus 40 Angstroms) cere ceramidi sfingomielina importante nei rafts rafts approximately  50 nm diameter and containing roughly 3000 sphingomyelin molecules) thicker than normal membranes (46 versus 40 Angstroms)

nella pelle

fosfolipidi e colesterolo sono molecole anfipatiche costituite da una testa polare e da una catena idrofobica Organizzazione dei fosfolipidi in acqua film monomolecolare di lipidi micelle (CMC, micelle inverse) doppio strato

Organizzazione dei lipidi in soluzioni acquosa

I lipidi sono molecole anfipatiche ambiente acquoso fosfolipidi proteine ambiente acquoso

Le proprietà del doppio strato dipendono dalla temperatura

MODELLI DI MEMBRANA 1) impalcatura rigida solo di lipidi 2) Ober: esistenza di discontinuità tra i lipidi x la permeazione 3) Davson e Danielli (anni 30-40): compare la matrice proteica, ma in piccole zone e adese ai due foglietti di fosfolipidi 4) Singer e Nicolson (anni 50-60): mediante microscopia elettronica e tecniche di freeze-fracture si dimostrò che i fosfolipidi formano un doppio strato nel quale si inseriscono le proteine.

MODELLO DI DAVSON E DANIELLI (modello a sandwich) poro doppio strato fosfolipidi strato proteico

Le proprietà del doppio strato dipendono dalla composizione

Qual è lo spessore della membrana? Esperimento di Fricke (negli anni ’20) Facendo passare corrente alternata attraverso una sospensione di eritrociti si può misurare la capacità della membrana (capacità di tenere separate le cariche) C=1mFaraday x cm-2 valore sperimentale C=eA/4pl se sono noti A=area membrana, e=costante dielettrica si può calcolare l lo spessore della membrana Fricke ottenne 50 ångstrom

Tensione superfic (dine x cm) proprietà delle membrane Membrane biologiche Membrane artificiali Spessore (Å) 60-100 60-75 Capacità (mF x cm-2) 0.5-1.3 0.4-1.0 Resistenza (ohm x cm2) 103-105 106-109 Tensione superfic (dine x cm) 0.03-1 0.5-2 Permeabilità acqua (10-6 x m x sec-1) 0.4-400 32

PROTEINE DI MEMBRANA 1) CANALI: proteine integrali (generalmente glicoproteine), che funzionano come pori per consentire l’entrata e l’uscita di determinate sostanze in cellula. 2) TRASPORTATORI (o carriers): proteine che, mediante cambiamenti conformazionali, consentono il passaggio selettivo di determinate molecole o ioni. 3) RECETTORI: proteine integrali che riconoscono specificatamente determinate molecole (ormoni, neurotrasmettitori, nutrienti ecc.). 4) ENZIMI: proteine integrali o periferiche che catalizzano reazioni enzimatiche sulla superficie della membrana. 5) ANCORAGGI DEL CITOSCHELETRO: proteine periferiche, affacciate dal lato citoplasmatico della membrana, che servono per ancorare i filamenti del citoscheletro. 6) MARCATORI DI IDENTITA’ CELLULARE: glicoproteine o glicolipidi caratteristici di ciascun individuo, che permettono l’identificazione delle cellule provenienti da altri organismi (es. marcatori ABO).

MODELLO DI SINGER E NICOLSON (modello del mosaico fluido)

membrane viola isolate e liofilizzate

Nature, Unwin & Henderson La prima struttura tridimensionale della BR è stata ottenuta già nel 1975 Nature, Unwin & Henderson

Retinale all-trans

La BR forma trimeri, che danno origine ad un reticolo bidimensionale ordinato nella PM