BIOFISICA DELLE MEMBRANE

Presentazione sul tema: "BIOFISICA DELLE MEMBRANE"— Transcript della presentazione:

1 BIOFISICA DELLE MEMBRANE
Corso di Laurea Magistrale in “Medicina e Chirurgia” Biofisica e Fisiologia I BIOFISICA DELLE MEMBRANE

2 BIOFISICA DELLE MEMBRANE
Le funzioni biologiche di tutti gli organismi viventi si svolgono mediante scambio di sostanze ed informazioni attraverso membrane. Membrana = struttura che separa due mezzi diversi (gas o liquidi) e che regola selettivamente il trasporto delle sostanze in essi contenute in entrata ed in uscita. compartimento 1 compartimento 2

3 membrane intracellulari
Tipi di membrane biologiche ambiente esterno ambiente esterno ambiente interno membrana plasmatica membrane intracellulari ambiente interno CELLULA PROCARIOTE: membrana plasmatica CELLULA EUCARIOTE: membrana plasmatica membrane intracellulari membrana epiteliale ambiente interno dell’organismo ambiente esterno all’organismo giunzione intercellulare membrana apicale membrana basolaterale

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5 Tipi di membrane biologiche
Membrana alveolare

6 Tipi di membrane biologiche
Membrana epiteliale 10-4 cm Membrana cellulare 10-7cm

7 I fosfolipidi sono molecole anfipatiche

8 Organizzazione dei fosfolipidi in acqua
ambiente acquoso ambiente acquoso

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16 Le proprietà del doppio strato dipendono dalla temperatura

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19 Gruppi laterali idrofobici
CO NH

20 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).

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22 Flussi attraverso membrane
Flusso di sostanza = J = “quantità di materia” che attraversa la membrana per unità di superficie e per unità di tempo Flusso (soluto): JS = mol (soluto) cm-2•s-1 Flusso (soluzione): JV = cm3 (soluzione) cm-2•s-1 Il flusso è una grandezza vettoriale Flusso totale: JS = JS12 + JS21 JV = JV12 + JV21

23 Velocità di diffusione attraverso membrane
Velocità di trasporto: VS= S x JS [moli soluto/s] V = S x JV [cm3/s]

24 Passaggio di sostanze tramite: processi fisici  trasporto passivo
Meccanismi di trasporto Passaggio di sostanze tramite: processi fisici  trasporto passivo Processi fisici Si ha flusso di soluto se tra i 2 compartimenti esiste una differenza (gradiente) di: concentrazione  diffusione potenziale elettrico  elettrodiffusione temperatura  termodiffusione pressione idraulica  filtrazione pressione osmotica  osmosi

25 Flusso di soluto: JS = n.moli soluto /(cm2•s)
Flusso globale: JV = volume soluzione/(cm2•s) Diffusione JS = P ΔC Elettrodiffusione JS = Ked ΔV Termodiffusione JS = KT ΔT Flusso di volume JV = KP ΔP Osmosi JV = Ko Δπ

26 > x R(Cm1 – Cm2) R = [C]olio/[C]acqua
La legge di Fick descrive la diffusione libera anche in ambienti non acquosi e quindi anche nell’ambiente interno libero di una qualsiasi membrana omogenea La legge di Fick può essere applicata alla diffusione passiva attraverso la membrana cellulare Cacq1 Cm1 Cm2 Cacq2 x > il flusso netto transmembranario è espresso in funzione delle concentrazioni dentro la membrana : R(Cm1 – Cm2) R = [C]olio/[C]acqua

27 Diffusione attraverso doppi strati fosfolipidici
JS = P C con P = -DmR/x = permeabilità della membrana R = coefficiente di ripartizione olio/acqua R = [S]olio/[S]acqua

28 Diffusione attraverso doppi strati fosfolipidici

29 La permeabilità relativa di una molecola attraverso un doppio strato lipidico è proporzionale al suo coefficiente di ripartizione R tra la fase di olio e la fase acquosa

30 Coefficiente di diffusione
Il coefficiente di diffusione libera D dipende da: temperatura assoluta T caratteristiche fisico-chimiche di soluto e solvente dimensioni molecola: raggio r attrito  viscosità liquido D = kT/6πr (almeno volte più grande nei gas che nei liquidi) k = R/N N = 6.02●1023 R = 8.3 J●mol-1K-1

31 Legge di Einstein B A

32 R(Å) D(cm2s-1) Molecole H2O 1,5 2 10-5 O2 2,0 1 10-5 C6H12O6 4,5 6,7 10-6 6,9 10-7 Hb 31,0

33 Vescicola presinaptica
Sinapsi chimica Vescicola presinaptica Membrana presinaptica Spazio sinaptico Membrana postsinaptica

34 Meccanismi di trasporto
Passaggio di sostanze tramite: processi biochimici  trasporto facilitato trasporto attivo

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36 Equilibrio diffusivo C1 C2 Time (s) J = PΔC ΔC

37 ΔC = costante J tempo

38 Energia libera e diffusione
La variazione di energia libera che si osserva quando una mole di soluto viene trasferita da un mezzo a concentrazione C1 ad un mezzo a concentrazione C2 è data da: ΔG = RTln(C2/C1) ΔG < 0 se C2<C1 ΔG › 0 se C2›C1 ΔG = 0 se C2=C1 V2 V1 Equilibrio diffusivo ΔG = 0 V indica il volume di soluzione in cui è contenuta una mole di soluto

39 Distribuzione liquidi corporei