1.1 Trasporti Di Membrana
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MEMBRANA PLASMATICA
•Racchiude la cellula
•Definisce i confini•Mantiene le differenze fra citosol e l’ambiente extracellulare
•Trasduttore dei segnali intercellulari
Membrane delimitano gli organelli intracellulari
COMPOSIZIONE: LIPIDI E PROTEINE
LIPIDI
•Ruolo strutturale
•Compartimenti funzionali
•Barriera impermeabile
•Trasduzione dei segnali
PROTEINE
•Ruolo strutturale
•Ruolo catalitico
•Trasduzione dei segnali
•Trasporto di molecole e
ioni
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MEMBRANA PLASMATICA
Modello a mosaico fluido: 1972 Singer e Nicolson
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DOPPIO STRATO LIPIDICO
I lipidi di membrana sono:•insolubili in acqua
•molecole anfipatiche:
estremità polare idrofilica
estremità apolare idrofobica
Spontaneamente in soluzione acquosa si
aggregano per formare:
•doppi strati•micelle
•liposomi
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DOPPIO STRATO LIPIDICO
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PROPRIETA’ DEL DOPPIO STRATO LIPIDICO
AUTOSIGILLAMENTO:
•riparo del danno
•membrane nere (modelli sperimentali)
FLUIDITA’:
•composizione lipidica•temperatura
moto di agitazione termica
rotazione
flessione
flip-flopdiffusione laterale
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Coefficiente di diffusione D=10
-8
cm/s
2 m / s)
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Composizione del doppio strato lipidico
•Fosfolipidi
•Glicolipidi
•Sfingolipidi
•Colesterolo
•Altri lipidi
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Glycerol
Sphingosine sugar units
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FOSFOLIPIDI
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COLESTEROLO
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GLICOLIPIDI
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ASIMMETRIA DEL DOPPIO STRATO LIPIDICO
SFINGOMIELINA FOSFATIDILCOLINA
FOSFATIDILSERINAFOSFATIDILETANOLAMMINA
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Zattera lipidica (lipid raft)
A spazio intracellulare B spazio extracellulare o lume delle vescicole/apparato di Golgi
1. membrana cellulare
2. zattera lipidica
3. proteina integrale di membrana associata alla zattera lipidica
4. proteina integrale di membrana
5. glicosilazioni (su glicoproteine e glicolipidi)
6. proteina legata alla membrana da ancora a glicosilfosfatidilinositolo (GPI)
7. colesterolo8. glicolipidi
Microdominio di membrana altamente dinamico che costituisce una
“piattaforma” con funzioni specializzate. A seconda delle necessità
funzionali della cellula, proteine specifiche possono essererapidamente reclutate, aggregate o allontanate
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Lipide Fegato
(m.p)
Eritrociti
(m.p)
mielina mitocondri Reticolo
sarcoplasmatico
E.Coli
Colesterolo 17 23 22 3 6 0
Fosfatidil-
etanolammina
7 18 15 35 17 70
Fosfatidil-
serina
4 7 9 2 5 tracce
Fosfatidil-
colina
24 17 10 39 40 0
Sfingomielina 19 19 19 19 19 0
Glicolipidi 7 3 28 tracce tracce 0
Altri 22 13 8 21 27 30
Percentuale dei lipidi totali in peso
Composizione approssimativa
in lipidi di diverse membrane
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DIFFUSIONE SEMPLICE
Trasporto di una sostanza in base ai
movimenti termici casuali delle sue
molecole o ioni (moto browniano). Avviene
in tutte le direzioni
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J1 2
J2 1
J=J1 2 - J2 1=0
1 2
Flusso unidirezionale
Flusso netto
Membrana semipermeabile
J1 2
J2 1
J=J1 2 - J2 1
Gradienti di concentrazione
e diffusione netta
J è la quantità di sostanza che
diffonde nell’unità di tempo [mol s-1]
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1a Legge della diffusione di Fick
xc D A J diff
A = area attraverso cui la sostanza diffonde
D =coefficiente di diffusioneC=concentrazione ; x= distanza di diffusione
r
T R D
6
[m2 s-1]
R=costante dei gas
T=temperatura assoluta
r=raggio della particella
viscosità del solvente
[mol s-1]
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TRASPORTO DI MOLECOLE IN DOPPI STRATI
LIPIDICI: DIFFUSIONE SEMPLICE
•Processo passivo•La diffusione avviene lungo il gradiente di
concentrazione della molecola
•Continua finché il gradiente non si annulla
•Processo rapido per brevi distanze, molto lentoper lunghe distanze (il tempo di diffusione è
inversamente proporzionale al quadrato della
distanza da percorrere)
•La diffusione dipende direttamente dalla
temperatura, inversamente dal raggio dellasostanza che diffonde e dalla viscosità del
mezzo
•Nei doppi strati dipende dalla solubilità della
molecola in olio
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x
Dk P
x
C D Ak J
DIFFUSIONE ATTRAVERSO LA MEMBRANA
LIPIDICA
k = coefficiente di ripartizione olio-acqua
[m s-1]
COEFFICIENTE DI PERMEABILITA’
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P [cm/s]
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PROTEINE DI MEMBRANA
•Svolgono funzioni specifiche e specializzano la
membrana cellulare
•Spesso associate a oligosaccaridi (glicocalice)
•Si associano con la membrana in modi diversi:
proteine integrali o intrinseche
proteine periferiche o estrinseche
proteine ancorate a code lipidiche
(sfingolipidi, lipid raft) con legami
covalenti
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TRASPORTO ATTRAVERSO PROTEINE DI
MEMBRANA
•CARRIER O TRASPORTATORI
•CANALI IONICI
SPECIFICITA’
COMPETIZIONE
SATURAZIONE
TRASPORTO PASSIVO
(DIFFUSIONE
FACILITATA)
TRASPORTO ATTIVO
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TRASPORTO ATTRAVERSO PROTEINE DI
MEMBRANA
TRASPORTO PASSIVO
TRASPORTO ATTIVO
•Gradiente chimico
•Gradiente elettrochimico
•Trasporta attivamente soluti contro gradiente
PRIMARIO
Attività di trasporto
direttamente accoppiata
ad una fonte di energia
metabolica quale l’idrolisi
di ATP
SECONDARIO
Attività di trasporto
indirettamente accoppiata
ad una fonte di energia
metabolica
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TRASPORTO ATTRAVERSO PROTEINE DI
MEMBRANA
•CARRIER O TRASPORTATORI
•CANALI IONICI
SPECIFICITA’
COMPETIZIONE
SATURAZIONE
TRASPORTO PASSIVO
(DIFFUSIONE
FACILITATA)
TRASPORTO ATTIVO
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COMPETIZIONE
t
glucosio
L’affinità (ca 1/KM) del trasportatore per il glucosio è > di
quella per il fruttosio
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SATURAZIONE
TRASPORTI ATTIVI PRIMARI
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TRASPORTI ATTIVI PRIMARI
ATPasi di trasporto
Le ATPasi di trasporto, dette anche pompe ioniche,
sfruttano l'idrolisi di ATP per trasportare ioni o
protoni contro il gradiente di concentrazione. Si
suddividono in tre classi, a seconda del meccanismoutilizzato e del substrato trasportato:
•ATPasi di tipo P;
•ATPasi di tipo F e ATPasi di tipo V.
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ATPasi di tipo P
Le ATPasi di tipo P sono deputate al trasporto
di ioni.
Sono composte da un unica catena
polipeptidica che esplica sia la funzione
idrolitica che quella trasportatrice.
Vengono dette di tipo P in quanto utilizzano il
carbossile di un residuo aspartico per legare
il gruppo fosforico
ATPasi di tipo P sono presenti sia sulla
membrana plasmatica che sulla membrana
del reticolo endoplasmatico (Na
+
/K
+
, H
+
/K
+
,
Ca
++
).
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ATPasi di tipo F e di tipo V
Le ATPasi di tipo V e di tipo F sono deputate al
trasporto di protoni. Tali ATPasi sono strutturalmente
più complesse, essendo formate da più subunità
proteiche
A differenza delle ATPasi di tipo P, quelle di tipo V e
di tipo F non trasferiscono su un proprio aminoacido
un gruppo fosfato
Le ATPasi di tipo F si trovano nei mitocondri, dove
utilizzano un flusso protonico secondo gradiente per
produrre ATP (ATP-sintetasi)
Le ATPasi di tipo V sono presenti sulla membrana
plasmatica di alcuni tipi cellulari e su endosomi e
lisosomi, dove il trasporto di protoni favorisce
l instaurazione di un ambiente acido.
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ATPasi di trasporto
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ATPasi sodio/potassio (Na
+
/K
+
-ATPasi)
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ATPasi sodio/potassio (Na
+
/K
+
-ATPasi)
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Ca
2+
-ATPasi (SERCA)
Sarcoplasmic/Endoplasmic Reticulum Calcium ATPase
Plasma Membrane Calcium ATPasi (PMCA)
opera sulla membrana plasmatica
C t i i d i i i li i i l
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L LI
K+ 4,5 160
Na+ 144 7
Ca2+ 1,3 10-7-10-8 M
H+ 4 10-5 (pH 7,4) 10-4 (pH 7,0)
Cl- 114 7
HCO3- 28 10
Concentrazioni dei principali ioni nel
muscolo scheletrico (mM)
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TRASPORTI ATTIVI SECONDARI
Proteine di membrana che trasportano
contro gradiente una molecola (ad es.
glucosio) o uno ione (ad es. Ca2+)
utilizzando l’energia potenziale favorevole
contenuta nel gradiente elettrochimico
per un determinato ione (ad es. Na+).
Utilizzano quindi indirettamente l’energiaderivante dalla scissione di ATP.
TRASPORTI ATTIVI SECONDARI
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TRASPORTI ATTIVI SECONDARI
ESTERNO INTERNO
Na+
Amino acidi
Na+
Glucosio
Na+
Neurotrasmettitori
Na+
Cl-
1 o2 Na+
2 o 3 Cl-
K+
ESTERNO INTERNO
3 Na+
Na+
Ca2+
H+
ESTERNO INTERNO
HCO3
NaCO3
Cl-
Cl-
Cotrasporto Na+-dipendenteScambiatori di Na+
Scambiatori anionici
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Cotrasportatore
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Cotrasportatore sodio-dipendente SGLT
CITOSI
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CITOSI
• trasporto che prevede la formazione di
vescicole
ENDOCITOSI:
FAGOCITOSI
PINOCITOSI
ENDOCITOSI RECETTORE-MEDIATA
POTOCITOSI
ESOCITOSI
FAGOCITOSIForma speciale di endocitosi in cui
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FAGOCITOSI
neutrofilo
macrofago
grosse particelle come microrganismi
sono ingeriti mediante la formazione di
vescicole endocitiche dette fagosomi
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ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE
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ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE
ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE
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ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE
ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE
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ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE
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ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE
POTOCITOSI
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POTOCITOSI
UTILIZZA SPECIALI REGIONI DI MEMBRANA, DETTE CAVEOLE
(CAVITA’), RICCHE IN:• SFINGOLIPIDI E COLESTEROLO (COME LE ZATTERE LIPIDICHE),
•PROTEINE RECETTORIALI LEGATE AL CITOSCHELETRO
•CAVEOLINE, PROTEINE DIMERICHE DI MEMBRANA CHE LEGANO IL
COLESTEROLO
Ad es. Trasporto albumina dal plasma al liquido interstiziale
ESOCITOSI REGOLATA E COSTITUTIVA
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ESOCITOSI REGOLATA E COSTITUTIVA
ESOCITOSI
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ESOCITOSI
ESOCITOSI
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ESOCITOSI
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