• Isolamento

Membrane biologiche

• Comunicazione

• Formazione compartimenti: distribuzione del lavoro

cellulare

• Supporto per ancorare molecole

• 1935 Ipotesi di Danielli- Davson: membrana come un “sandwich”

1972 Ipotesi Singer e Nicolson: modello a mosaico fluido

La membrana analizzata con “freeze fracture”

Membrane biologiche: lipidi

•Fosfogliceridi

•Sfingolipidi

•Colesterolo: solo negli eucarioti

Struttura dei Glicolipidi

DOPPIO STRATO

• Fluido bidimensionale

• La fluidità si studia su LIPOSOMI o

DOPPI STRATI SINTETICI

LIPOSOMI

DOPPIO STRATO SINTETICO

Coesistenza di parti polari ed apolari: in acqua assumono posizione ordinata in maniera spontanea

• Il foglietto fosfolipidico è stabile e fluido

STABILITA’

1) Legami elettrostatici deboli tra le teste

polari

2) Interazioni idrofobiche

FLUIDITA’

1) Assenza di legami covalenti

2) Dipende da temperatura

3) Lunghezza delle code degli acidi grassi e

loro insaturazione

I lipidi ruotano e traslano sullo stesso piano di membrana, ma difficilmente cambiano strato

Fluidità del doppio strato

• Composizione es. acidi grassi saturi-

insaturi

• Temperatura

• Presenza di colesterolo

Il colesterolo:

1- ad alta temperatura evita eccessiva fluidità

2- a bassa temperatura impedisce la fase di gel delle

membrane

Asimmetria Diversa distribuzione dei lipidi nei 2 strati

INTERNO: fosfatidiletanolammina, fosfatidilserina,

fosfatidilinositolo

ESTERNO: fosfatidilcolina, sfingomielina

• Asimmetria nasce in fase di sintesi nel RE

• Flippasi mantenengono concentrazioni

diverse di P-lipidi

ZOLLE LIPIDICHE

Meno fluidi: RAFT (glicosfingolipidi, colesterolo)

CAVEOLAE, invaginate, associate ai processi di

trasduzione del segnale

Caveolae caratterizzate dalla proteina caveolina

Membrane biologiche: proteine

Funzioni delle proteine di membrana

Alcune proteine si possono muovere nel doppio strato

Membrane diverse esprimono proteine diverse funzioni diverse

Associazione di proteine di membranacon un bilayer lipidico

Schema di proteine di membrana in un doppio strato lipidico

Proteine periferiche di membrana• Non incorporate, legate debolmente a proteine

o fosfolipidi

• Rimosse senza distruggere la struttura del

doppio strato

• Attraversano il doppio strato

• Rilasciate se viene distrutto il doppio strato con

detergenti

Proteine integrali di membrana

Le - eliche transmembrana sono costituite da 20-25

aminoacidi la maggior parte dei quali idrofobici.

Struttura tipica delle PORINEBatteri, cloroplasti e mitocondri

Proteine ancorate ai lipidi

• Sono legate covalentemente con molecole lipidiche del doppio strato, sia nel versante interno che in quello esterno

• La membrana è collegata dal lato

citoplasmatico a un CORTEX proteico

DOMINI DI MEMBRANA

Mobilità delle proteine limitata dalla loro associazione

con il citoscheletro

Anche i lipidi possono influenzare la motilità delle

proteine (zolle lipidiche)

IL GLICOCALICE: carboidrati

Catene oligosaccaridiche ramificate o lineari: 2-60 unità monosaccaridiche

Solo versante extracellulare

Glico-lipidi e glicoproteine: segnale di riconoscimento nell’interazione tra cellule

Nelle glicoproteine la parte glucidica si lega alle proteine nel RER (legame N-glicosidico) e subisce modificazioni nell’apparato di Golgi (legame O-glicosidico)

ASIMMETRIAFOSFOLIPIDI: fosfatidilcolina e sfingomielina

strato esterno, P-lipidi con carica negativa o neutra,

strato interno

PROTEINE

GLICOLIPIDI E GLICOPROTEINE

ALL’ESTERNO

I TRASPORTI DI

MEMBRANA

REGOLAZIONE DEL FLUSSO DI IONI

E MOLECOLE TRA INTERNO E

ESTERNO DELLE CELLULE

MEMBRANA SELETTIVAMENTE

PREMEABILE

LA MEMBRANA E’ SEMIPERMEABILE

TRASPORTO PASSIVO

TRASPORTO ATTIVO

Diffusione semplice: attraverso la componente

lipidica. Segue gradiente di concentrazione.

Importanti le dimensioni e lipoflia del composto e la temperatura

OSMOSI: la diffusione di acqua attraverso le membrane (da una solux più diluita ad una più concentrata)

Nei tessuti animali le cellule sono immerse in un fluido ricco di soluti (Na+ e Cl-) che bilancia la concentrazione dei soluti all’interno della cellula

Diffusione facilitata:

• Proteine Vettore: cambia forma,

trasferisce molecole idrosolubili

• Canali ionici: poro idrofilico, gli

ioni si adattano al poro

TIPI DI TRASPORTO

Differenza di concentrazione tra i due lati della membrana

Ogni membrana ha la sue proteine vettore

Ogni vettore è selettivo e generalmente trasporta un solo tipo di molecola

Proteine vettoreTrasporto secondo gradiente di concentrazione

Trasporto di zuccheri, amminoacidi, nucleosidi…

Trasportatore del glucosio

• 12 segmenti alfa elica transmembrana

• Appena entrato nella cellula il glucosio viene fosforilato a glucosio-6-P

Proteine Canale 1-Pori aperti, es. porine, acquaporine

2-Canali ionici, selettivi e trasporto molto rapido

Canali ionici: non sono sempre aperti; controllati da neurotrasmettitori , cambi di potenziale elettrico o stimolo meccanico

La selettività dipende dall’interazione tra ioni e pareti dei pori

• Potenziale di membrana esercita una forza sulle

molecole cariche

• Lato citoplasmatico: potenziale negativo

• Gli spostamenti di un soluto carico: gradiente di

concentrazione e dal potenziale elettrico:

gradiente elettrochimico

CONTRO GRADIENTE DI

CONCENTRAZIONE: necessarie energia e

proteine

• Tra gli ioni che vengono trasportati: Na+,

K+, Ca2+

• Molecole: amminoacidi, glucosio, altri

zuccheri

TRASPORTO ATTIVO

Pompa sodio-potassio

Gradiente elettrochimico: gradiente di concentrazione + gradiente elettrico

Equilibrio osmotico c. animaleProduce un potenziale elettrico

Cellule vegetali, funghi e batteri non hanno pompa Na+/K+, hanno pompe protoniche che creano un gradiente di H+ (batteri assumono zuccheri con simporti di H+)

IONE Ca2+

• Ca2+ < nel citoplasma rispetto all’esterno. Abbondante nel REL

• Ca2+ innesca vari eventi cellulari (secrezione di molecole segnale, contrazione muscolare …)

• Pompe Ca2+: membrana (Ca2+ fuori dalla cellula) e reticolo endoplasmatico (Ca2+ nel reticolo)

Pompe H+

• Es. pompa H+/K+ delle cellule parietali

gastriche serve per acidificare i fluidi

gastrici

• Bersaglio di farmaci usati per il trattamento

dell’ulcera gastrica

• Presenti anche nei lisosomi, negli

endosomi, nei batteri, nei lieviti

Trasporto attivo

.

il Trasporto attivo primario e le 4 classi di proteine di trasporto ATP-dipendenti.

Le pompe della classe P sono costituite da 2 peptidi, e , e passano in uno stato fosforilato (subunità ) durante il ciclo di trasporto.

Le pompe delle classi F e VUsano ATP ma non vengono fosforilatePer ogni ATP consumato trasportano H+ contro gradiente elettrochimico

Le proteine ABCProcarioti: trasporto ioni, AA,zuccheriEucarioti: sostanze tossiche fuori da cellulaMDR (multidrug-resistence transport protein) presenti nelle cellule, ma iper-espressi nelle c. tumoraliProteina CFTR, canale per il cloro (mutazione:fibrosi cistica)

TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO• Il gradiente di Na+ può alimentare il trasporto

attivo del glucosio: trasportatori accoppiati

• Co-trasporto glucosio-Na+

• Na+ più abbondante fuori dalla cellula, K+

dentro e la cellula deve bilanciare le

cariche positive e negative

• Na+ è bilanciato dal Cl- e il K+ è bilanciato

da ioni intracellulari a carica negativa

(anioni)