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La cellula è l'unità morfo-funzionale degli organismi viventi. In quanto tale deve avere un confine per mantenere distinte le relazioni interne da quelle esterne. Questa distinzione sta alla base dell'identità cellulare. In assenza di un confine tra l'ambiente intracellulare e quello extra-cellulare, non ci sarebbe un sé diverso dal non-sé.

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FUNZIONI DELLA MEMBRANA PLASMATICA

1)  Barriera di selettività

FUNZIONI DELLA MEMBRANA PLASMATICA

1)   Scambio di informazioni

2)   Scambio di molecole

3)   Movimento ed espansione

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Funzioni della membrana: 1)  Delimitare contorni della cellula e dei suoi compartimenti 2)  Costituire siti di specifiche funzioni 3)  Contenere proteine di trasporto per regolare il movimento di sostanze tra interno ed esterno o tra i vari organelli 4) Contenere i recettori necessari per rilevare i segnali esterni 5) Fornire i dispositivi per la comunicazione cellula-cellula e per l’adesione cellulare

• Barriera di permeabilità

• Permeabilità selettiva a determinate sostanze

• Divisione in compartimenti funzionali

Sistema delle membrane interne degli eucarioti

Le membrane cellulari: delimitano i contorni di tutte le cellule e dei diversi compartimenti cellulari interni.

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Struttura generale dei lipidi di membrana

MOLECOLE ANFIPATICHE/ANFIFILICHE/

ANFOTERE

Struttura delle membrane:

il doppio strato lipidico

Struttura delle membrane: il doppio strato lipidico

Struttura generale dei FOSFOLIPIDI: il più comune, fosfatidilcolina

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Fosfatidiletanolammina

Fosfatidilcolina

Fosfatidilserina

I PRINCIPALI FOSFOLIPIDI

SFINGOMIELINA Gli acidi grassi nei lipidi di membrana: •  le code degli idrocarburi formano una barriera idrofobica per la diffusione dei soluti polari; •  lunghezza delle catene: 12-20 atomi di C, in media 16-18; •  lunghezza ottimale per la formazione di un doppio strato di spessore 6-8 nm; •  legami semplici - legami doppi; •  tra le catene degli acidi grassi: legami deboli di Van der Waals.

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Struttura delle membrane: il doppio strato lipidico Struttura generale di altri lipidi di membrana

In acqua i fosfolipidi tendono a formare un doppio strato

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Il doppio strato tende spontaneamente a richiudersi

Il solo modello del doppio strato lipidico non spiega molte delle caratteristiche

delle membrane biologiche.

Anche se il doppio strato lipidico è il principale costituente delle

membrane, sono le proteine responsabili della maggior parte

delle funzioni specifiche della membrana

Come sono disposti nella membrana lipidi e proteine?

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Nel 1935 proposero che le membrane biologiche erano formate da due strati di fosfolipidi rivestiti esternamente da uno

strato di proteine. Il loro modello definito a �sandwich� era quindi costituito da

proteine-lipide-proteine.

Foto al microscopio elettronico sembravano avvalorare le ipotesi di Davson-Danielli; la distribuzione irregolare delle proteine di membrana NO.

Una delle prove che insinuò dei dubbi su questo modello si ottenne sottoponendo all’azione delle fosfolipasi,

enzimi capaci di degradare i fosfolipidi rimuovendone le teste polari, le membrane.

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Membrane biologiche Il definitivo chiarimento sul modello della membrana cellulare si è avuto con l’avvento della tecnica della “freeze fracture” che ha permesso di studiare l’interno delle membrane con tutti i costituenti.

Tecnica della “freeze fracture” Interno di una membrana cellulare

Il termine fluido è riferito alla componente lipidica della membrana in quanto capace di traslare sul piano

bidimensionale. Il termine mosaico è invece riferito alle proteine che sono distribuite eterogeneamente sulla

superficie cellulare come i tasselli di un mosaico.

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La superficie della cellula é rivestita di carboidrati: glicoproteine, proteoglicani. Formazione del glicocalice.

Disposizione asimmetrica di fosfolipidi e glicolipidi

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Funzioni del glicocalice: protezione, lubrificazione, riconoscimento cellulare (mediata dalle lectine), adesione, migrazione.

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Le molecole del doppio strato fluido possono muoversi

Il doppio strato lipidico è un fluido bidimensionale

Movimenti possibili nel doppio strato lipidico

Caratteristiche dei solidi ma

anche dei liquidi: ordine

nella disposizione e

continuo movimento molecolare

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Fluidità del doppio strato lipidico E’ fondamentale per i processi di trasporto e per le attività enzimatiche. Dipende da composizione in lipidi (lunghezza delle catene, presenza di doppi legami, presenza di colesterolo) e dalla T°

Temperatura di transizione di fase (Tm): T° a cui il doppio strato artificiale gelifica (congela) se raffreddato o diventa di nuovo fluido (fonde) se riscaldato.

La membrana deve essere al di sopra di Tm per funzionare correttamente.

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Ruolo del colesterolo • Aumenta proprietà di barriera permeabile del doppio strato lipidico

• Interagisce con –CH2 degli acidi grassi, facendone diminuire la mobilità

• Il doppio strato diventa meno deformabile e quindi meno permeabile

• Impedisce anche alle catene di –CH2 di interagire troppo e di cristallizzare, quindi inibisce transizioni di fase.

Ruolo di PLASTIFICATORE

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Il colesterolo

La vitamina E LA VITAMINA E (a-TOCOFEROLO) È UNO DEI

PIÙ IMPORTANTI ANTIOSSIDANTI PROVENIENTI DALLA DIETA

ESSENDO DI NATURA LIPIDICA, OLTRE CHE

FENOLICA PROTEGGE I LIPIDI DELL’ORGANISMO DALL’OSSIDAZIONE

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Alfa-tocoferolo (vitamina E)

Vitamina E: (alfa-tocoferolo) inserendosi fra i fosfolipidi di membrana li protegge dall’ossidazione da parte di ossigeno e radicali liberi.

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Il doppio strato lipidico ha composizione asimmetrica che differisce a seconda del tipo di membrana

LA CARDIOLIPINA (difosfatidil-glicerolo) rappresenta il 20% circa delle molecole della membrana mitocondriale interna.

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Disposizione asimmetrica di fosfolipidi e glicolipidi

Il doppio strato lipidico ha composizione asimmetrica che differisce a seconda del

tipo di membrana

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Lipidi di membrana (eritrociti)

% (peso)

Monostrato esterno

Monostrato interno

Colesterolo 23% 50% 50%

Fosfatidilinositolo 1% - -

Fosfatidiletanolammina 18% 20% 80%

Fosfatidilcolina 17% 80% 20%

Fosfatidilserina 7% - 100%

Sfingomielina 18% 90% 10%

Glicolipidi 3% 100% -

Le membrane sono sintetizzate in maniera asimmetrica nel Reticolo Endoplasmatico (RE). Azione delle FLIPPASI nella biogenesi delle membrane: capovolgimento solo di specifici fosfolipidi.

Biogenesi della membrana plasmatica

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Due tipi principali di proteine sono presenti nelle membrane

PROTEINE INTEGRALI: presentano regioni idrofobe che spesso formano α-eliche

PROTEINE PERIFERICHE: non sono completamente immerse nel doppio strato lipidico

Le proteine di membrana Biogenesi delle proteine della membrana plasmatica

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Schema di proteine di membrana in un doppio strato lipidico

Esempi di proteine di membrana

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Molte proteine di membrana attraversano il doppio strato lipidico con strutture ad α-elica

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Le α- eliche transmembrana tipicamente sono costituite da 20-25 aminoacidi la

maggior parte dei quali idrofobici.

triptofano fenilalanina prolina isoleucina

In una α-elica i legami peptidici polari si

trovano all’interno e i gruppi R delle catene laterali protrudono

all’esterno 3.6 residui/giro

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Alcune proteine di membrana formano un poro acquoso e

attraversano il doppio strato lipidico

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Proteine e lipidi possono essere confinati in domini specifici

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