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

Nella maggior parte delle cellule le proteine intrinseche possono muoversi in orizzontale liberamente scorrendo dentro la membrana

Nella maggior parte delle cellule le proteine intrinseche possono muoversi in orizzontale liberamente scorrendo dentro la membrana

no

no

si

si

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

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

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

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

NB: La scala è logaritmica per cui quando ad esempio si passa da 10 -8 a 10 -6 la permeabilità diventa 100 volte maggiore

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)

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-

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)

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)

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)

Che cosa sono gli ioni?

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-

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 (+)

H (+)

OH

H

Cl-

OH

HO

H

H

OH

H

Na+

OH H

OH

HO

H

H

OHH

Gli ioni che hanno maggior importanza per la fisiologia del neurone:

Cationi(migrano al catodo)

Anioni (migrano all’anodo)

K+ Na+ Ca ++ Cl-

PotassioSodioCalcio

Cloro

I canali ionici:

Permettono il passaggio degli ioni

Sono estemamente selettivi (lasciano passare di solito un solo tipo di ione)

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 passivi

Canali ad accesso

variabile

Canali ad accesso

variabile

Ci sono vari tipi di canali ad accesso variabileCi sono vari tipi di canali ad accesso variabile

Alcuni variano la loro permeabilità a seconda della presenza all’esterno di messaggeri chimici (ormoni, neurotrasmettitori)

Alcuni variano la loro permeabilità a seconda della presenza all’esterno di messaggeri chimici (ormoni, neurotrasmettitori)

Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad un messaggero intracellulare (II° messaggero)

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 quando vi è una variazione del voltaggio

Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad una sollecitazione meccanica sulla cellula (mediata dal citoscheletro)

Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad una sollecitazione meccanica sulla cellula (mediata dal citoscheletro)

Est

Int

I canali ioniciI canali ionici sono proteine di membrana

I canali ionici sono proteine di membrana

Essi sono troppo piccoli per essere studiati con metodi tradizionali

Essi sono troppo piccoli per essere studiati con metodi tradizionali

Tuttavia:

Appartengono a non più di 3-4 diverse famiglie e i diversi tipi di canali si assomigliano nella struttura

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

Sono ben conservati a livello filogenetico: lo stesso canale si può trovare nella drosophila (moscerino della frutta) o nell’uomo

5 nanometri

6 manometri

2 nanometri

5 nanometri

Est

Int

I canali ionici sono composti da più sub-unità (di solito da 4 a 6)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

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

La sequenza degli amminoacidi ci può dare molte informazioniLa sequenza degli amminoacidi ci può dare molte informazioni

La struttura secondaria ci può dare informazione sulla forma del canale

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

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

È anche possibile causare mutazioni mirate in certe porzioni del canale per vedere qual è la funzione di quella porzione

Approfondimento

Patch-clamp

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

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

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

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

Immunocitochimica