la la membranamembrana plasmaticaplasmatica

globuli globuli rossirossi

I I globuliglobuli rossirossirappresentanorappresentano un un sistemasistema idealeidealeper lo studio per lo studio delladella membranamembranaplasmaticaplasmatica

PlasmalemmaPlasmalemma didi globuloglobulo rossorosso

8-10nm

Due membrane Due membrane adiacentiadiacenti

Cellula 1

Cellula 2

Membrana Spaziointercellulare

MembranaMembrana plasmaticaplasmatica: : GeneralitGeneralitàà

• Costituisce il limite esterno dellacellula e svolge funzioni di:– Isolamento fisico– Regolazione degli scambi– Sensibilità– Supporto strutturale

StrutturaStruttura delladella membranamembrana((modellomodello a a mosaicomosaico fluidofluido))

Citoplasma

Fluido extracellulare

Doppio stratofosfolipidico

proteine

canale

MembranaMembrana plasmaticaplasmatica: : StrutturaStruttura

• Composta principalmente di– Fosfolipidi– Proteine– Glicolipidi– Colesterolo

• Precisa organizzazione strutturale– Doppio strato fosfolipidico– Proteine intrinseche ed estrinseche

Membrana plasmatica

Copyright (c) by W. H. Fre e ma n a nd Compa ny

2.2 P hos pholipids a re amphipa thic mole cule s

Fig ure 2-19

I grassi saturi sono in genere solidi, sono presenti nel tuorlo dell'uovo, nel latte e nei suoi derivati e nei grassi animali, specie nelle frattaglie. Nel mondo vegetale sono presenti nell'olio di palma e nella margarina. I grassi insaturi si dividono a loro volta in monoinsaturi (un solo doppio legame, l'olio d'oliva) e polinsaturi (due o più, l'olio di girasole). Normalmente sono liquidi.

ColesteroloColesterolo

Membrana plasmatica

intraintra--extraextra

• la membrana plasmatica separal’interno della cellula dallo spazioextracellulare

• il fluido che riempie la cellula(citosol) ha una composizionediversa dal fluido extracellulare

CitosolCitosol

K+Na+

Proteine e aminoacidi

FluidoFluido extracellulareextracellulare

carboidrati

lipidi

ConsistenzaConsistenzasimile a simile a unouno““sciropposciroppo”” o a o a unauna gelatinagelatina

alcunealcune componenticomponenti sisitrovanotrovano in in concentrazioniconcentrazionimaggiorimaggiori allall’’internointerno delladellacellulacellula

altrealtre sonosono pipiùù concentraconcentrate te nello spazio extracellularenello spazio extracellulare

in in cheche modomodo vengonovengonogenerate e generate e mantenutemantenute

le le differentidifferenti concentrazioniconcentrazionididi sostanzesostanze frafra ambienteambienteextracellulareextracellulare e e citosolcitosol??

QualiQuali meccanismimeccanismi regolanoregolano ililmovimentomovimento didi ““sostanzesostanze”” frafra due due

compartimenticompartimenti qualsiasiqualsiasi??

diffusione semplicediffusione semplice

se se moltemolte ““sostanzesostanze”” sonosono concentrate in concentrate in unauna zonazona……

……e e ilil passaggiopassaggio dalldall’’una alluna all’’altraaltra èè libero...libero...

……le sostanze tenderanno rapidamente a distribuirsi in le sostanze tenderanno rapidamente a distribuirsi in numero approssimativamente uguale in entrambe le zonenumero approssimativamente uguale in entrambe le zone

La diffusione sempliceè il movimento netto di sostanze daun’area a concentrazione maggiorea un’area a concentrazione minore

diffusione facilitatadiffusione facilitata

osmosiosmosi

Per comprendere meglio l’osmosi, torniamo per un momento al meccanismo di diffusione semplice, immaginando di condurre un piccolo esperimento...

Per comprendere meglio l’osmosi, torniamo per un momento al meccanismo di diffusione semplice, immaginando di condurre un piccolo esperimento...

questo recipiente è diviso in due da un filtro e contiene, nel comparto di sinistra, un’alta concentrazione di una sostanza in grado di attraversare il filtro.

questo recipiente è diviso in due da un filtro e contiene, nel comparto di sinistra, un’alta concentrazione di una sostanza in grado di attraversare il filtro.

l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito dal rapido passaggio di tale sostanza attraverso la membrana.

l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito dal rapido passaggio di tale sostanza attraverso la membrana.

questa questa èèla diffusionela diffusione

semplicesemplice

Il filtro che divide questo recipiente, invece, non consente il passaggio di detta sostanza (le sue maglie sono troppo fini).

Il filtro che divide questo recipiente, invece, non consente il passaggio di detta sostanza (le sue maglie sono troppo fini).

l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito grazie al passaggio di acqua (solvente) dal compartimento di destra a quello di sinistra.

l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito grazie al passaggio di acqua (solvente) dal compartimento di destra a quello di sinistra.

questa questa èèll’’osmosiosmosi

OsmosiOsmosi

E’ la diffusione delle molecole d’acqua(solvente) attraverso una membrana

Si verifica attraverso una membranapermeabile all’acqua ma non ai soluti

Per osmosi, l’acqua attraversa unamembrana verso il comparto a maggiore concentrazione di soluti

Torniamo alla cellula...Torniamo alla cellula...

.. e al passaggio di sostanze fra i due lati della membrana plasmatica

DiffusioneDiffusione semplicesemplice

Citoplasma

Fluido extracellulare

la diffusione attraverso la la diffusione attraverso la membrana può avvenire membrana può avvenire attraverso il doppio strato attraverso il doppio strato fosfolipidicofosfolipidico...... ... oppure ... oppure

attraverso i attraverso i canali proteicicanali proteici

Quali sostanze Quali sostanze ““passanopassano””per diffusione semplice? per diffusione semplice?

CitoplasmaAlcoolAlcool, H, H22OO

GlucosioGlucosio

AcquaAcqua

sostanze polari come sostanze polari come ll’’acqua e piccoli ioni acqua e piccoli ioni devono invece utilizzare devono invece utilizzare specifici canali proteicispecifici canali proteici

alcune sostanze dotate di alcune sostanze dotate di liposolubilitliposolubilitààcome lcome l’’alcol possono attraversare il alcol possono attraversare il ““sigillosigillo”” idrofobo rappresentato dalle idrofobo rappresentato dalle code apolari dei fosfolipidicode apolari dei fosfolipidi

molte sostanze, molte sostanze, tuttavia, non possono tuttavia, non possono attraversare la attraversare la membrana senza un membrana senza un ““aiutoaiuto”” speciale...speciale...

ProcessiProcessi passivipassivi::diffusionediffusione facilitatafacilitata

• Certi composti (troppo grandi per passare attraverso i canali dimembrana) possono esserepassivamente trasportati da

PROTEINE VETTRICI

DiffusioneDiffusionefacilitatafacilitata 11

Agganciodellamolecolaallaproteinavettrice

DiffusioneDiffusionefacilitatafacilitata 22

Liberazionedellamolecolanelcitoplasma

schema riassuntivo della schema riassuntivo della diffusionediffusione

Osmosi e celluleOsmosi e cellule

•• Oltre ai soluti, anche il solvente della Oltre ai soluti, anche il solvente della materia vivente, lmateria vivente, l’’acquaacqua, diffonde da un , diffonde da un lato alllato all’’altro della membrana altro della membrana plasmaticaplasmatica..

•• LL’’acqua acqua èè spinta in un senso o nellspinta in un senso o nell’’altro altro dalldall’’eventuale presenza di eventuale presenza di pressione pressione osmoticaosmotica, creata dalla differenza di , creata dalla differenza di concentrazione di soluti che non concentrazione di soluti che non attraversano la membranaattraversano la membrana

•• Questo effetto ha risvolti importanti, per Questo effetto ha risvolti importanti, per esempio, in seguito a rapide variazioni di esempio, in seguito a rapide variazioni di concentrazione del plasma sanguigno...concentrazione del plasma sanguigno...

OsmosiOsmosi eeglobuliglobuli

rossirossi

• se il fluido extra-cellulare è...– Ipotonico– Isotonico– Ipertonico

• L’effetto suiglobuli rossi è...

EmolisiNessunoDentellatura

Osmosi e globuli rossiOsmosi e globuli rossi

processiprocessi didi trasportotrasportopassivipassivi

• diffusione (semplice e facilitata) e osmosi sono

in quanto non in quanto non implicano un implicano un dispendio dispendio energeticoenergetico

• Richiedono molta energia, ma…• Consentono di spostare sostanze

contro un gradiente(di concentrazione, elettrico, ecc.)

Processi di Processi di trasporto attivotrasporto attivo

PompaPompa didiscambioscambiosodiosodio--potassiopotassio

PompaPompa didiscambioscambioNaNa--KK

3 Na +3 Na +

2 K +2 K +

ATP ADPADP

La presenza di pompe ioniche La presenza di pompe ioniche provoca...provoca...

proteina proteina

Canale per Canale per il sodioil sodio

PompaPompasodiosodio--potassiopotassio

Canale per Canale per il potassioil potassio K+

K+Na+

Na+

distribuzionedistribuzione asimmetricaasimmetrica didi ioniioni

K+K+

K+

K+

K+K+

K+

K+

K+

K+

K+Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+ Na+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-proteina proteina

le pompe ionichedeterminano e mantengonogradienti di concentrazioneai due lati della membrana

i canali di membranasono attraversati dagliioni passivamente, a seconda dei loro gradienti

Canali Ionici

Pompe Ioniche

PotenzialePotenziale transmembranatransmembrana

++ + + + + + + + + + +++

- -- - - - - - - - - - --70 mV

La asimmetria nella La asimmetria nella distribuzione di ioni carichi distribuzione di ioni carichi elettricamente elettricamente èè allall’’origine di origine di una differenza di potenziale una differenza di potenziale fra i due lati della membrana fra i due lati della membrana che si trova normalmente in che si trova normalmente in tutte le celluletutte le cellule

Funzione della pompa Na+-K+-ATPasi

Produzione di un potenziale elettrico ai 2 lati della membrana che rappresenta il presupposto per la

conduzione degli stimoli elettrici da parte delle cellule nervose e e muscolari

LL’’impulso nervoso consiste in impulso nervoso consiste in una variazione transitoria del una variazione transitoria del

potenziale di membrana a riposopotenziale di membrana a riposo

In condizioni di riposo..

++ + + + + + + + + + +++

- -- - - - - - - - -

--70 mV

Se un neurone viene in qualche modo stimolato, la membrana plasmatica diventa permeabile agli ioni Na+, che entrano dentro la cellula in grande quantità; il flusso di ioni Na+ provoca un'inversione di polarità: all'interno della membrana c'è ora un eccesso di carica positiva, ed all'esterno una carenza di carica positiva: la membrana si depolarizza, fino ad assumere un potenziale di +50 mV ,detto potenziale d'azione.

--

-+++

+ 50 mV

Una volta insorto, il potenziale d'azione si propaga da dove è stato applicato lo stimolo alla zona di membrana successiva, causando la sua depolarizzazione, quindi la trasmissione dell'impulso nervoso. La depolarizzazione della membrana continua lungo tutta la fibra nervosa grazie a continui flussi di ioni che spostandosi da un lato all'altro della membrana mantengono il potenziale d'azione, così il potenziale d'azione si propaga per tutto l'assone.

assoneCellula nervosa

Sindrome del QT lungo

Disturbo cardiaco che rappresenta una delle principali cause di morte improvvisa nei primi 20 anni di vita, che colpisce in Italia un nato ogni 4000

La Sindrome del QT Lungo (LQTS) è un disordine del sistema elettrico del cuore

Tale sistema è responsabile della genesi del battito cardiaco che consta di due fasi: •l’ingresso di una corrente di SODIO nel cuore, che avvia il battito cardiaco e• l’uscita di una corrente di POTASSIO, che riporta il cuore in condizioni di riposo.

COS’E’ LA SINDROME DEL QT LUNGO?

La LQTS si verifica quando vi sono alterazioni in queste correnti di ioni e, pertanto, il tempo richiesto alla componente elettrica del cuore per ritornare a riposo e’maggiore del normale.

L’abnorme durata di quest’ultima fase si presenta all’elettrocardiogramma (ECG) con un prolungamento dell’intervallo QT (uno degli intervalli di tempo dell’ECG)

Il cuore subisce una specie di 'guasto elettrico', con un 'tilt' del meccanismo che ha il compito di ricaricare l'organo dopo ogni battito. In gergo medico ''il cuore di questi malati ha un tempo di ripolarizzazione(intervallo QT) anomalo, da qui il nome di sindrome del QT lungo.

La maggior parte degli intervalli QT rappresentano il tempo, durante un singolo battito cardiaco, nel quale il ventricolo si comincia a ripolarizzare (ricaricare) per il successivo battito.

Un prolungamento dell’intervallo QT induce una maggiore instabilità elettrica cardiaca

L’anomalia elettrica cardiaca predispone le persone affette a perdite di coscienza (sincopi e svenimenti improvvisi) e aritmie(irregolarità del battito cardiaco), che possono causare anche morte improvvisa.

Le anomalie cardiache sono causate da alterazioni di alcune proteine responsabili del trasporto degli ioni potassio e sodio attraverso la membrana delle cellule cardiache. Questo scambio di ioni determina l’attivitàelettrica del cuore, il cosiddetto potenziale d’azione. La presenza di un difetto genetico determina un’anomalia di tali scambi ionici e quindi l’alterazione dell’elettrocardiogramma.

Le cause

Finora sono stati identificati almeno 5 geni le cui mutazioni causano LQTS:

GENE - KCNQ1 o KvLQT1 CROMOSOMA - 11 PRODOTTO - canale per potassioPATOLOGIA - LQT1

GENE - KCNE1 CROMOSOMA - 21 PRODOTTO - canale per potassioPATOLOGIA - LQT5

Sindrome di Jervell e Lange-Nielsensordità neurosensoriale congenita

autosomica recessiva

GENE - SCN5A CROMOSOMA - 3 PRODOTTO - canale per sodioPATOLOGIA - LQT3

GENE - KCNE2 CROMOSOMA - 21 PRODOTTO - canale per potassioPATOLOGIA - LQT6

GENE - KCNH2 o HERG CROMOSOMA - 7 PRODOTTO - canale per potassioPATOLOGIA - LQT2

Come si trasmette

Ereditarieta’ autosomica dominante una persona affetta ha un rischio pari al 50% di trasmettere la patologia ai propri figli, indipendentemente dal loro sesso.

Penetranza incompleta non tutti i soggetti che possiedono l’alterazione genetica manifestano i sintomi e i segni della patologia

La diagnosi

Il primo accertamento utilizzato nella diagnosi èl’elettrocardiogramma, necessario per valutare la durata dell’intervallo QT: - nel 60-70% delle persone affette l’elettrocardiogramma permette di rilevare un intervallo QT allungato; -in circa il 12% dei pazienti l’intervallo QT a riposo è normale; - nei restanti pazienti l’intervallo QT è apparentemente normale, o solo lievemente superiore alla norma.

All’elettrocardiogramma devono seguire un’attenta valutazione ed ulteriori accertamenti!!!

TerapiaTerapia farmacologica:

Defibrillatore - funzione di interrompere un’aritmia pericolosa per la vita, riportando il cuore al ritmo normale con una scarica elettrica

- I farmaci betabloccanti sono il cardine della terapia, e ciò risulta a tutt’oggi valido per un grande numero di pazienti. Si ritiene che tali farmaci siano efficaci nella prevenzione dei sintomi e della morte improvvisa in circa l’80-90 % dei pazienti. I betabloccanti non accorciano l’intervallo QT, ma vengono somministrati allo scopo di rallentare il battito cardiaco, diminuendo, così, il rischio che si scatenino aritmie.

I portatori dei difetti genetici devono evitare farmaci che agiscono come bloccanti dei canali del potassio quali, per esempio, alcuni antibiotici, antistaminici, regolatori della motilita’ gastrica, antidepressivi. Devono altresi’ ridurre l’esposizione a fattori di rischio quali l’esercizio fisico intenso e l’attivita’ sportiva competitiva

La fibrosi cistica (o mucoviscidosi) è una malattia genetica, il cui difetto di base consiste nella produzione di una proteina alterata chiamata CFTR.

FIBROSI CISTICA (FC)FIBROSI CISTICA (FC)

La proteina prodotta da CFTR è un canale che normalmente trasporta il cloro e il sodio (e conseguentemente l'acqua) attraverso le membrane cellulari.

Il risultato e’ la secrezione di un muco denso e vischioso che determina un danno progressivo degli organi coinvolti.

Le ghiandole sudoripare producono inoltre una secrezione ricca di sali.

Lo squilibrio ionico è causato da un'alterazione della secrezione da parte delle cellule epiteliali di ioni cloro e un conseguentemaggior riassorbimento di sodio e acqua.

FACIES

ECCESSIVA PRODUZIONE DI SECREZIONI DENSE.Malassorbimento cronico che comporta incapacita’ di crescere

normalmente(deficit della secrezione degli enzimi pancreatici e quindi insufficiente digestione delle proteine e grassi).

Frequenti infezioni del tratto respiratorio da sempliciraffreddori a polmoniti (ostruzione delle vie respiratorie minori daparte di un muco denso e loro colonizzazione da parte di batteri).

SECREZIONE DI NaCl NEL SUDORE(TEST DIAGNOSTICO)

CosCos’’ee’’ la la FibrosiFibrosi cisticacistica

Dal punto di vista clinico, la fibrosi cistica è una malattia cronica: ciò significa che la persona che ne è affetta ha la malattia per tutta la vita.

Negli organi interessati, le secrezioni mucose, essendoanormalmente viscide, determinano un'ostruzione dei dottiprincipali, provocando l'insorgenza di gran parte dellemanifestazioni cliniche tipiche della malattia, come la comparsa di infezioni polmonari ricorrenti, di insufficienzapancreatica, di stati di malnutrizione, di cirrosi epatica, diostruzione intestinale e di infertilità maschile.

Il 97-98% dei maschi adulti ha un liquido seminale più denso che non permette agli spermatozoi di muoversi liberamente ed adempiere al proprio dovere fecondando l'ovulo poichéintrappolati dalla densità del liquido stesso, di conseguenza si ha infertilità.

Test diagnostico:dosaggio elettroliti nel sudore70 mEq/lt nei pazienti CF40-50 mEq/lt nei soggetti normali

All'alterazione della proteina consegue un'anomalia del trasporto di sali che determina principalmente una produzione di secrezioni per così dire "disidratate": il sudore è molto ricco in sodio e cloro, il muco è denso e vischioso e tende ad ostruire i dotti nei quali viene a trovarsi.

Agenesia bilateralecongenita dei vasi deferenti(CBAVD).

Questo difetto costituiscecirca il 15% delle cause disterilità maschile che nel80% dei casi è riconducibilea mutazioni del gene CFTR

CFTR CFTR →→ Regolatore di conduttanza Regolatore di conduttanza transmemembranatransmemembrana della FCdella FC

- Fa parte della superfamiglia dei trasportatori ABC

- Subisce glicosilazione post-traslazionale

- Localizzata sulla membrana apicale delle cellule epiteliali (talvolta sulla membrana basolaterale)

- Due domini transmembranadefiniscono la selettività delcanale

- NBD idrolizzano l’ATP

- Attivazione del canale dipendedalla fosforilazione del dominioR da parte di pKA

CARATTERISTICHE DI CFTRCARATTERISTICHE DI CFTR

GENITORI PORTATORI HANNO IL 25% DI PROBABILITA’ DI AVERE UN FIGLIO AFFETTO E INDIVIDUI SANI CON UN FRATELLO O SORELLA AFFETTO HANNO 2/3DI PROBABILITA’ DI ESSERE PORTATORI.

EreditaEredita’’ autosomicaautosomica recessivarecessiva

La malattia si manifesta solo negli omozigoti

E’ la più comune malattia autosomica recessiva nella popolazione caucasica

1/26 è eterozigoteL’incidenza della malattia è di 1/2500

Aa Aa

aa

Identificate almeno 1500 mutazioni di CFTRLa più comune è ΔF508 → delezione di 3 bp a cui consegue la

delezione dell Phe 508Costituisce il: 95% mutazioni danesi

70-80% USA e Nord-Europa40-50% Europa el Nord (52% in Italia)

endocitosi ed esocitosiendocitosi ed esocitosi• molecole e particelle di dimensioni

rilevanti non possono attraversare la membrana nei modi appena descritti.

• la cellula è tuttavia in grado di catturare o di espellere tali sostanze attraverso un tipo diverso di trasporto attivo transmembrana... trasportotrasporto

attivoattivo

endocitosiendocitosi esocitosiesocitosi

endo

cito

sien

doci

tosi

ed

ed e

soci

tosi

esoc

itos

i

PinocitosiPinocitosi e e fagocitosifagocitosi

• Pinocitosi (“cellula che beve”)– Formazione di vescicole riempite di fluido

extracellulare– Processo non specifico come l’endocitosi

mediata da recettore, ma molto comune• Fagocitosi (“cellula che mangia”)

– Produzione di vescicole contenenti materiali solidi (anche grandi come la cellula stessa)

– Operata solo da cellule del sistema immunitario

RiassuntoRiassunto::ProcessiProcessi attiviattivi didi trasportotrasportotransmembranatransmembrana

•pompe ioniche•endocitosi

–endocitosi mediata da recettori–pinocitosi– fagocitosi

•esocitosi