la membrana plasmatica

globuli rossi I globuli rossi rappresentano un sistema ideale per lo studio della membrana plasmatica

Plasmalemma di globulo rosso 8-10nm

Due membrane adiacenti Cellula 1 Membrana Spazio intercellulare Cellula 2

Membrana plasmatica: Generalità Costituisce il limite esterno della cellula e svolge funzioni di: Isolamento fisico Regolazione degli scambi Sensibilità Supporto strutturale

Struttura della membrana (modello a mosaico fluido) Fluido extracellulare canale proteine Citoplasma Doppio strato fosfolipidico

Membrana plasmatica: Struttura Composta principalmente di Fosfolipidi Proteine Glicolipidi Colesterolo Precisa organizzazione strutturale Doppio strato fosfolipidico Proteine intrinseche ed estrinseche

I grassi saturi sono in genere solidi, sono presenti nel tuorlo dell'uovo, nel latte e nei suoi derivati e nei grassi animali, specie nelle frattaglie. Nel mondo vegetale sono presenti nell'olio di palma e nella margarina. I grassi insaturi si dividono a loro volta in monoinsaturi (un solo doppio legame, l'olio d'oliva) e polinsaturi (due o più, l'olio di girasole). Normalmente sono liquidi.                                                         

Colesterolo

intra-extra la membrana plasmatica separa l’interno della cellula dallo spazio extracellulare il fluido che riempie la cellula (citosol) ha una composizione diversa dal fluido extracellulare

Citosol Fluido extracellulare Na+ K+ alcune componenti si trovano in concentrazioni maggiori all’interno della cellula Consistenza simile a uno “sciroppo” o a una gelatina altre sono più concentrate nello spazio extracellulare lipidi Proteine e aminoacidi carboidrati

in che modo vengono generate e mantenute le differenti concentrazioni di sostanze fra ambiente extracellulare e citosol?

Quali meccanismi regolano il movimento di “sostanze” fra due compartimenti qualsiasi?

 diffusione semplice

se molte “sostanze” sono concentrate in una zona…

…e il passaggio dall’una all’altra è libero...

La diffusione semplice …le sostanze tenderanno rapidamente a distribuirsi in numero approssimativamente uguale in entrambe le zone La diffusione semplice è il movimento netto di sostanze da un’area a concentrazione maggiore a un’area a concentrazione minore

diffusione facilitata  diffusione facilitata

 osmosi

Per comprendere meglio l’osmosi, torniamo per un momento al meccanismo di diffusione semplice, immaginando di condurre un piccolo esperimento...

questa è la diffusione semplice questo recipiente è diviso in due da un filtro e contiene, nel comparto di sinistra, un’alta concentrazione di una sostanza in grado di attraversare il filtro. questa è la diffusione semplice l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito dal rapido passaggio di tale sostanza attraverso la membrana.

Il filtro che divide questo recipiente, invece, non consente il passaggio di detta sostanza (le sue maglie sono troppo fini). l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito grazie al passaggio di acqua (solvente) dal compartimento di destra a quello di sinistra. questa è l’osmosi

Osmosi E’ la diffusione delle molecole d’acqua (solvente) attraverso una membrana Si verifica attraverso una membrana permeabile all’acqua ma non ai soluti Per osmosi, l’acqua attraversa una membrana verso il comparto a maggiore concentrazione di soluti

Torniamo alla cellula... .. e al passaggio di sostanze fra i due lati della membrana plasmatica

Diffusione semplice Fluido extracellulare Citoplasma la diffusione attraverso la membrana può avvenire attraverso il doppio strato fosfolipidico... ... oppure attraverso i canali proteici Fluido extracellulare Citoplasma

Quali sostanze “passano” per diffusione semplice? sostanze polari come l’acqua e piccoli ioni devono invece utilizzare specifici canali proteici Quali sostanze “passano” per diffusione semplice? molte sostanze, tuttavia, non possono attraversare la membrana senza un “aiuto” speciale... Glucosio Alcool, H2O Acqua alcune sostanze dotate di liposolubilità come l’alcol possono attraversare il “sigillo” idrofobo rappresentato dalle code apolari dei fosfolipidi Citoplasma

Processi passivi: diffusione facilitata Certi composti (troppo grandi per passare attraverso i canali di membrana) possono essere passivamente trasportati da PROTEINE VETTRICI

Diffusione facilitata 1 Aggancio della molecola alla proteina vettrice

Diffusione facilitata 2 Liberazione della molecola nel citoplasma

schema riassuntivo della diffusione

Osmosi e cellule Oltre ai soluti, anche il solvente della materia vivente, l’acqua, diffonde da un lato all’altro della membrana plasmatica. L’acqua è spinta in un senso o nell’altro dall’eventuale presenza di pressione osmotica, creata dalla differenza di concentrazione di soluti che non attraversano la membrana Questo effetto ha risvolti importanti, per esempio, in seguito a rapide variazioni di concentrazione del plasma sanguigno...

Osmosi e globuli rossi Ipotonico Emolisi Isotonico Nessuno Ipertonico se il fluido extra-cellulare è... Ipotonico Isotonico Ipertonico L’effetto sui globuli rossi è... Emolisi Nessuno Dentellatura

Osmosi e globuli rossi

processi di trasporto passivi diffusione (semplice e facilitata) e osmosi sono processi di trasporto passivi in quanto non implicano un dispendio energetico

Processi di trasporto attivo Richiedono molta energia, ma… Consentono di spostare sostanze contro un gradiente (di concentrazione, elettrico, ecc.)

Pompa di scambio sodio-potassio

Pompa di scambio Na-K 3 Na + 2 K + ATP ADP

La presenza di pompe ioniche provoca... Na+ K+ Pompa sodio-potassio Na+ Canale per il potassio K+ Canale per il sodio proteina

distribuzione asimmetrica di ioni Cl- i canali di membrana sono attraversati dagli ioni passivamente, a seconda dei loro gradienti Na+ K+ le pompe ioniche determinano e mantengono gradienti di concentrazione ai due lati della membrana proteina

Canali Ionici Pompe Ioniche

Potenziale transmembrana + + + + + + + + + + - - + + - - - - - - + + - - - La asimmetria nella distribuzione di ioni carichi elettricamente è all’origine di una differenza di potenziale fra i due lati della membrana che si trova normalmente in tutte le cellule - -70 mV -

Funzione della pompa Na+-K+-ATPasi Produzione di un potenziale elettrico ai 2 lati della membrana che rappresenta il presupposto per la conduzione degli stimoli elettrici da parte delle cellule nervose e e muscolari

L’impulso nervoso consiste in una variazione transitoria del potenziale di membrana a riposo

+ + + + + + + + + + - - + + - - - - - - + + - - - -70 mV - In condizioni di riposo.. + + + + + + + + + + - - + + - - - - - - + + - - - -70 mV -

Se un neurone viene in qualche modo stimolato, la membrana plasmatica diventa permeabile agli ioni Na+, che entrano dentro la cellula in grande quantità; il flusso di ioni Na+ provoca un'inversione di polarità: all'interno della membrana c'è ora un eccesso di carica positiva, ed all'esterno una carenza di carica positiva: la membrana si depolarizza, fino ad assumere un potenziale di +50 mV ,detto potenziale d'azione. + - + + 50 mV - + -

Una volta insorto, il potenziale d'azione si propaga da dove è stato applicato lo stimolo alla zona di membrana successiva, causando la sua depolarizzazione, quindi la trasmissione dell'impulso nervoso. La depolarizzazione della membrana continua lungo tutta la fibra nervosa grazie a continui flussi di ioni che spostandosi da un lato all'altro della membrana mantengono il potenziale d'azione, così il potenziale d'azione si propaga per tutto l'assone. Cellula nervosa assone

Sindrome del QT lungo Disturbo cardiaco che rappresenta una delle principali cause di morte improvvisa nei primi 20 anni di vita, che colpisce in Italia un nato ogni 4000 La Sindrome del QT Lungo (LQTS) è un disordine del sistema elettrico del cuore Tale sistema è responsabile della genesi del battito cardiaco che consta di due fasi: l’ingresso di una corrente di SODIO nel cuore, che avvia il battito cardiaco e l’uscita di una corrente di POTASSIO, che riporta il cuore in condizioni di riposo.

COS’E’ LA SINDROME DEL QT LUNGO? La LQTS si verifica quando vi sono alterazioni in queste correnti di ioni e, pertanto, il tempo richiesto alla componente elettrica del cuore per ritornare a riposo e’ maggiore del normale. L’abnorme durata di quest’ultima fase si presenta all’elettrocardiogramma (ECG) con un prolungamento dell’intervallo QT (uno degli intervalli di tempo dell’ECG) Il cuore subisce una specie di 'guasto elettrico', con un 'tilt' del meccanismo che ha il compito di ricaricare l'organo dopo ogni battito. In gergo medico ''il cuore di questi malati ha un tempo di ripolarizzazione (intervallo QT) anomalo, da qui il nome di sindrome del QT lungo.

La maggior parte degli intervalli QT rappresentano il tempo, durante un singolo battito cardiaco, nel quale il ventricolo si comincia a ripolarizzare (ricaricare) per il successivo battito. Un prolungamento dell’intervallo QT induce una maggiore instabilità elettrica cardiaca L’anomalia elettrica cardiaca predispone le persone affette a perdite di coscienza (sincopi e svenimenti improvvisi) e aritmie (irregolarità del battito cardiaco), che possono causare anche morte improvvisa.

Le cause Le anomalie cardiache sono causate da alterazioni di alcune proteine responsabili del trasporto degli ioni potassio e sodio attraverso la membrana delle cellule cardiache. Questo scambio di ioni determina l’attività elettrica del cuore, il cosiddetto potenziale d’azione. La presenza di un difetto genetico determina un’anomalia di tali scambi ionici e quindi l’alterazione dell’elettrocardiogramma.

Finora sono stati identificati almeno 5 geni le cui mutazioni causano LQTS: GENE - KCNQ1 o KvLQT1 CROMOSOMA - 11 PRODOTTO - canale per potassio PATOLOGIA - LQT1 GENE - KCNE1 CROMOSOMA - 21 PRODOTTO - canale per potassio PATOLOGIA - LQT5 Sindrome di Jervell e Lange-Nielsen sordità neurosensoriale congenita autosomica recessiva

GENE - SCN5A CROMOSOMA - 3 PRODOTTO - canale per sodio PATOLOGIA - LQT3 GENE - KCNE2 CROMOSOMA - 21 PRODOTTO - canale per potassio PATOLOGIA - LQT6 GENE - KCNH2 o HERG CROMOSOMA - 7 PRODOTTO - canale per potassio PATOLOGIA - LQT2

Come si trasmette Ereditarieta’ autosomica dominante una persona affetta ha un rischio pari al 50% di trasmettere la patologia ai propri figli, indipendentemente dal loro sesso. Penetranza incompleta non tutti i soggetti che possiedono l’alterazione genetica manifestano i sintomi e i segni della patologia

La diagnosi Il primo accertamento utilizzato nella diagnosi è l’elettrocardiogramma, necessario per valutare la durata dell’intervallo QT: - nel 60-70% delle persone affette l’elettrocardiogramma permette di rilevare un intervallo QT allungato; -in circa il 12% dei pazienti l’intervallo QT a riposo è normale; - nei restanti pazienti l’intervallo QT è apparentemente normale, o solo lievemente superiore alla norma. All’elettrocardiogramma devono seguire un’attenta valutazione ed ulteriori accertamenti!!!

Terapia farmacologica: - I farmaci betabloccanti sono il cardine della terapia, e ciò risulta a tutt’oggi valido per un grande numero di pazienti. Si ritiene che tali farmaci siano efficaci nella prevenzione dei sintomi e della morte improvvisa in circa l’80-90 % dei pazienti. I betabloccanti non accorciano l’intervallo QT, ma vengono somministrati allo scopo di rallentare il battito cardiaco, diminuendo, così, il rischio che si scatenino aritmie. Defibrillatore - funzione di interrompere un’aritmia pericolosa per la vita, riportando il cuore al ritmo normale con una scarica elettrica

I portatori dei difetti genetici devono evitare farmaci che agiscono come bloccanti dei canali del potassio quali, per esempio, alcuni antibiotici, antistaminici, regolatori della motilita’ gastrica, antidepressivi. Devono altresi’ ridurre l’esposizione a fattori di rischio quali l’esercizio fisico intenso e l’attivita’ sportiva competitiva

FIBROSI CISTICA (FC) La fibrosi cistica (o mucoviscidosi) è una malattia genetica, il cui difetto di base consiste nella produzione di una proteina alterata chiamata CFTR. La proteina prodotta da CFTR è un canale che normalmente trasporta il cloro e il sodio (e conseguentemente l'acqua) attraverso le membrane cellulari. Lo squilibrio ionico è causato da un'alterazione della secrezione da parte delle cellule epiteliali di ioni cloro e un conseguente maggior riassorbimento di sodio e acqua. Il risultato e’ la secrezione di un muco denso e vischioso che determina un danno progressivo degli organi coinvolti. Le ghiandole sudoripare producono inoltre una secrezione ricca di sali.

Cos’e’ la Fibrosi cistica FACIES ECCESSIVA PRODUZIONE DI SECREZIONI DENSE. Malassorbimento cronico che comporta incapacita’ di crescere normalmente(deficit della secrezione degli enzimi pancreatici e quindi insufficiente digestione delle proteine e grassi). Frequenti infezioni del tratto respiratorio da semplici raffreddori a polmoniti (ostruzione delle vie respiratorie minori da parte di un muco denso e loro colonizzazione da parte di batteri). SECREZIONE DI NaCl NEL SUDORE(TEST DIAGNOSTICO) Dal punto di vista clinico, la fibrosi cistica è una malattia cronica: ciò significa che la persona che ne è affetta ha la malattia per tutta la vita.

Negli organi interessati, le secrezioni mucose, essendo anormalmente viscide, determinano un'ostruzione dei dotti principali, provocando l'insorgenza di gran parte delle manifestazioni cliniche tipiche della malattia, come la comparsa di infezioni polmonari ricorrenti, di insufficienza pancreatica, di stati di malnutrizione, di cirrosi epatica, di ostruzione intestinale e di infertilità maschile. Il 97-98% dei maschi adulti ha un liquido seminale più denso che non permette agli spermatozoi di muoversi liberamente ed adempiere al proprio dovere fecondando l'ovulo poiché intrappolati dalla densità del liquido stesso, di conseguenza si ha infertilità.

Test diagnostico:dosaggio elettroliti nel sudore All'alterazione della proteina consegue un'anomalia del trasporto di sali che determina principalmente una produzione di secrezioni per così dire "disidratate": il sudore è molto ricco in sodio e cloro, il muco è denso e vischioso e tende ad ostruire i dotti nei quali viene a trovarsi. Test diagnostico:dosaggio elettroliti nel sudore 70 mEq/lt nei pazienti CF 40-50 mEq/lt nei soggetti normali

Agenesia bilaterale congenita dei vasi deferenti (CBAVD). Questo difetto costituisce circa il 15% delle cause di sterilità maschile che nel 80% dei casi è riconducibile a mutazioni del gene CFTR

CFTR  Regolatore di conduttanza transmemembrana della FC

CARATTERISTICHE DI CFTR - Fa parte della superfamiglia dei trasportatori ABC - Subisce glicosilazione post- traslazionale - Localizzata sulla membrana apicale delle cellule epiteliali (talvolta sulla membrana basolaterale) - Due domini transmembrana definiscono la selettività del canale - NBD idrolizzano l’ATP - Attivazione del canale dipende dalla fosforilazione del dominio R da parte di pKA

Eredita’ autosomica recessiva E’ la più comune malattia autosomica recessiva nella popolazione caucasica 1/26 è eterozigote L’incidenza della malattia è di 1/2500 GENITORI PORTATORI HANNO IL 25% DI PROBABILITA’ DI AVERE UN FIGLIO AFFETTO E INDIVIDUI SANI CON UN FRATELLO O SORELLA AFFETTO HANNO 2/3 DI PROBABILITA’ DI ESSERE PORTATORI. Aa Aa aa La malattia si manifesta solo negli omozigoti

Identificate almeno 1500 mutazioni di CFTR La più comune è F508  delezione di 3 bp a cui consegue la delezione dell Phe 508 Costituisce il: 95% mutazioni danesi 70-80% USA e Nord-Europa 40-50% Europa el Nord (52% in Italia)

endocitosi ed esocitosi molecole e particelle di dimensioni rilevanti non possono attraversare la membrana nei modi appena descritti. la cellula è tuttavia in grado di catturare o di espellere tali sostanze attraverso un tipo diverso di trasporto attivo transmembrana... trasporto attivo

endocitosi esocitosi

endocitosi ed esocitosi

Pinocitosi e fagocitosi Pinocitosi (“cellula che beve”) Formazione di vescicole riempite di fluido extracellulare Processo non specifico come l’endocitosi mediata da recettore, ma molto comune Fagocitosi (“cellula che mangia”) Produzione di vescicole contenenti materiali solidi (anche grandi come la cellula stessa) Operata solo da cellule del sistema immunitario

Riassunto: Processi attivi di trasporto transmembrana pompe ioniche endocitosi endocitosi mediata da recettori pinocitosi fagocitosi esocitosi