BIOCHIMICA 24/09/2013In un articolo del 2004: si basa su due approcci, o quella di prendere il materiale in bulk(blocco di materia che pu essere lavorato per produrre delle strutture inferiori dell'ordine dei micrometri attraverso tecniche appropriate come pu essere la fotolitografia (?) (in questo caso parliamo di un approccio top down) oppure al contrario quello che pi probabile quando si lavora nell'ordine dei nano sfruttare il fatto che le molecole si assemblano e quindi a formare delle strutture organizzate partendo dalla configurazione molecolare o addirittura configurazione atomica. In questo caso parliamo dell'approccio fotom up (?) il quale descriveremo fra poco delle strutture delle membrane, dei doppi strati lipidici che di fatto sono il risultato della auto-capacit di auto-assemblarsi di molecole semplici come i glicerofosfolipidi che danno origine a strutture molto pi estese rispetto alla singola molecola. Dunque come vi dicevo il lavoro in ambito inorganico ha preceduto la capacit in maniera particolare una materia che assegniamo al mondo bio per ragioni legate alla resistenza minima (delicatezza) che la materia biologica possiede. L'universit di Bologna, precisamente un gruppo guidato da prof. Balzani, i quali hanno fatto delle cose egregge, valutando certi dispositivi biologici con lo scopo di ricerca e non industriale. In particolare uno di questi che questo piccolo attrezzo che si chiama nanospaider, cio un nanoragno, che per la struttura che possiede viene definito un ascensore molecolare, nel senso che vedete c' questo piano rappresentato da tre anelli che scorrono dentro le tre zampe del ragno e si possono spostare verso un estremo della struttura, sostanzialmente salire in questo caso oppure scendere, e per questo motivo viene definito come ascensore molecolare, a seconda delle condizioni ambientali. Inoltre l'avere un ambiente acido o un ambiente basico determina il cambio della configurazione strutturale delle molecole. Infatti lo vedremmo continuamente parlando di proteine e delle loro strutture che generando delle cascate di segnale in un circuito molecolare, spesso intracellulare. E quindi, questo caso abbiamo l'effetto di una macchina che potrebbe diventare della componentistica per una struttura pi ampia. Ripeto qual' la differenza tra una nanotecnologia e una bionanotecnologia, magari per sintetizzare queste molecole si pu agire all'interno di una struttura industriale nella quale si raggiungono temperature e pressioni che invece il materiale biologico non in grado di sopportare e quindi di fatto bisogna agire in una maniera biomimetica in quel materiale biologico, cio imparare come funzionano un po' le cose e poi far si che accadano sulla base delle regole naturali. Ci sono anche altre applicazioni (dispositivi biomolecolari, componentistiche) che sono state sviluppate di seguito seguendo la stessa idea che sono in grado di far svolgere determinate funzioni in scala molecolare. Tra l'altro un'altra bella differenza tra bionanotecnologia e nanotecnologia che qui noi vediamo una singola molecola per noi qui dobbiamo pensare che il processo reattivo nel quale stata ottenuta ha previsto la formazione di un numero enorme di queste molecole all'interno del quale nell'impianto stato realizzato. Cio non stata ottenuta prendendo una nanopinzeta che ha permesso mettere un componente al suo posto nel singolo dispositivo, che una cosa che invece pu essere di interesse quando parliamo di bionanotecnologia perch si vuole discretizzare in un intervento specialmente se lo si fa a scopo terapeutico, cio non si vuole fare una cosa solo a tappetto dapertuttuto ma si vuole anche fare in un posto specifico dove si vuole che abbia un senso e ovviamente per quello serve una complessit in pi di manipolazione locale in una singola coppia e non in localizzazione totale di elementi paralleli. La nanobiotecnologia abbiamo quindi visto che integra su quella scala li e magari insieme a materiale inorganico componenti di base della vita, naturalmente utilizzabili sono gli acidi nucleici e le proteine, ed il rapporto che esiste tra biologia e nanotecnologia e biunivoco, nel senso che da una parte la biologia i insegna a sfruttare nella costruzione dei processi che sono tipici delle molecole viventi, ma dal'altro canti siccome noi non abbiamo la pienezza della conoscenza di quello che accade nei fenomeni molecolari biologici, avere la nanotecnologia a disposizione ci permette anche di avere un anello di ingrandimento pi spinta per andare a esplorare l'ambito del biologico. Infatti non solamente il biologo ha funzione progettuale, ma anche la funzione del tecnologo e importante nella biologia dandogli strumenti necessari per accrescere informazioni che sono importanti nella bionanotecnologia. E questi sono ambiti nei quali sono necessari finanziamenti importanti, non necessariamente a fondo perduto, nel senso che sono anche da considerare degli investimenti. Chiaramente sono anche investimenti che non necessariamente sono fatti per avanzare la ricerca, ma industriale. E comunque trovare delle soluzioni che generino semplicemente i costi con i quali bisogna a che fare, ma possono semplicemente dei costi con i quali si puo poi fare dell'impresa.Ora un grande investitore sul quale possiamo contare, dal punti di vista della ricerca spesso la Comunit europea che ha una piattaforma che si chiama Nanomedicina che spinge per sviluppare nuovi approcci che vengono poi memorizzati in ambiti come appunto utilizzati nella medicina rigenerativa , biotecnologie, lo sviluppo di nuovi farmaci che possano creare questo transito tra l'idea, come funziona adesso e cio che tutti abbiano accesso alla stessa scatola e viceversa che chiunque possa avere un farmaco fatto ad hoc perch si riesce a manipolare la biomolecola in maniera tale che soddisfi le specifiche del singolo soggetto. Questa piattaforma nanomedicina sposnsorizza molti progetti ai quali farebbe gola accedere. Uno degli altri personaggi che hanno operato all'inizio della nanomedicina (altro biodispositivo del 2005) ha fatto una lista delle applicazioni che sono attualmente gia disponibile. C' ne sono gia come le nanoparticelle o la sensoristica utilizzata la quale classe appartiene a quella legata alla struttura delle membrane. Questo dispositivo nato all'interno di questo progetto finanziato dalla omunit europea e gi largamente in uso, perch stato un progetto triennale del 2005 e del 2007 il quale l'idea stata quella di produrre un sensore ibrido che creasse una integrazione fra una circuiteria elettronica che rappresenta la fase di elaborazione del segnale e un front end biologico e che quindi deve creare delle condizioni funzionali, nelle quali e possibile che quando viene acquisito una struttura molecolare che sostanzialmente formata una delle membrane delle cellule e un circuito sottostante che ha le caratteristiche di un circuito tradizionale. Infatti l'idea quella di integrare su un circuito elettronico del quale noi qui vediamo nella parte sottostante, nel quale ci sono gli elementi che acquistano e filtrano il segnale elettrico, il quale poi viene acquistato sull'altro versante da un sensore che sostanzialmente un canale ionico che posto all'interno di una membrana che viene ricostruita su foro che mette in comunicazione queste due vaschettine. Questa roba qua stata miniaturizzata (dimensionata) come una carta di credito e adesso invece stata introdotta in un sistema che ottiene un analisi del dato che in elettronica permetta di lavorarci con il dato acquisito. Infatti il tutto stato integrato in una penna o chiave usb. Quindi tutto il sistema viene quindi semplicemente infilato in una porta usb di un computer e permette di analizzare il transito ionico attraverso i canali. chiaro che questo pu avere una doppia valenza e ritorna sul discorso che facevo prima perch un sistema del genere pu essere utilizzato per studiare le propriet di un canale non ben conosciuto, e in questo caso questo diventa uno strumento per avanzare la conoscenza sulle caratteristiche di quel determinato canale (una cosa: badate bene che un buon traguardo rispetto anche alla tecnologia attuale, perch gli studi di singolo canale si fanno con una tecnica che si chiama petch time che utilizza degli nanoanelli che vengono appoggiati sulla membrana e che isolano una parte della membrana attraverso una soluzione elettrolita e un elettrodo che si trova all'interno dell'ago e che poi permettono di catturare un segnale che ovviamente ha un'ampiezza di corrente che dell'ordine dei picosimens(?) e degli amplificatori efficaci che viene realizzata e adoperata nei laboratori di biologia e nanotecnologia, sostanzialmente come unica apparecchiatura con un amplificatore di una azienda che si chiama AXON , che vende una scatola grande quanto un amplificatore hi-fi per 20 mila euro, quindi immaginate i costi di realizzazione di una macchina come questa. Dal punto di vista delle potenzialit la capacit che non permette di certo di ottenere lo stesso risultato con una penna usb, tenete conto che la tecnologia utilizzata per realizzare il petch non cos facilmente reperire dietro l'angolo). Tutto questo nato attraverso la conoscenza del quadro della situazione e la capacit di agire su questa (situazione). Quindi sostanzialmente l'idea di avere una configurazione (questa una configurazione precedente in realt l'interfaccia tra i due compartimenti tra i quali c' transito ionico con la realizzazione finale di un forellino che si trova nella parete che separa, inizialmente era stata pensata come una goccia (doppia goccia) a cavallo di una superficie nella quale era inizialmente realizzato un nanoforo che poi veniva utilizzato come supporto per l'autoassemblaggio dei microdispositivi del quale stiamo per parlare e l'inserzione successiva di una proteina che potesse funzionate come filtrante della specie ionica per la quale ha la sua specificit. Vi dicevo poco fa che per un verso questo aiuta un biologo alla caratterizzazione della specie proteica che viene utilizzata. Dall'altro canto visto che ne abbiamo gli strumenti, quindi se la specie proteica non in discussione, ma un elemento che praticamente caratterizzato ed eventalmente anche ingegnerizzato in biologia molecolare che sono disponibili in maniera tale da regolare il transito in condizioni specifiche, cio solo quando presente il ligando che permette l'apertura del canale, in questo caso tutto il dispositivo pu funzionare come un sensore. Perch il transito ionico avviene solamente quando nel campione il liquido che viene posto in contato con il dispositivo presente la molecola in questione. Quindi in prima istanza se questa molecola c' oppure no e per esempio immaginate la diagnostica di laboratorio oppure il monitoraggio ambientale in fase liquida di molecole di interesse. In pi aggiungiamo che esiste una proporzionalit tra le correnti che passano e le concentrazioni che le hanno attivate. Infatti il numero di canali che pu essere attivato cresce in funzione del numero delle molecole di quella specie che sono disponibili. Quindi complessivamente cresce la corrente e si pu misurare. Si pu misurare una proporzionalit fra il segnale di corrente e la concentrazione della specie che si ricerca. Quindi si pu fare della diagnostica non solamente in ambito medico ma anche in ambito ambientale. In questo caso quindi si crea un dispositivo nel quale la conoscenza biologica utilizzata per una applicazione che industrializzata. Di fatto quindi la ricostruzione di questa membrana artificiale a cavallo del nanoporo che presente nella configurazione del tipo di dispositivo che si scelto di implementare una esatta riproduzione sintetica (artificiale) della configurazione che ha la membrana di una cellula all'interno della quale abbiamo dei fosfolipidi e assieme a questi anche delle proteine immerse, che hanno la funzione di canale, come prima stavamo descrivendo oppure funzionano anche come elemento di integrazione di segnali di altra natura tra l'ambiente cellulare e il mondo esterno. Queste membrane vengono ottenute con varie tecniche. Ad esempio una quella di spennellare sulla superficie del poro, immerso all'interno di un ambiente acquoso e formato da un materiale che idrofobico, una miscela di glicerofosfolipidi con una punta. Le condizioni ambientali sono tali che i rapporti che si creano con le singole molecole e tra le molecole e l'ambiente (sono molecole anfipatiche, cio hanno una polarit tale che un'estremit sia idrofilica e l'altra idrofobica). Quando vengono messe in un ambiente liquido tendono a distribuirsi, rispetto a se stesse e rispetto all'ambiente, in modo tale da minimizzare l'energia che necessaria per...e di conseguenza quindi le porzioni che sono a contato tra di loro e quelle che sono a contato con il supporto idrofobico saranno le porzioni idrofobiche, quelle che invece sono a contato con l'ambiente acquoso che si trovano su entrambi i versanti sono quelle idrofiliche che sono quelle rappresentate dal trattino rosa. Queste membrane in gergo vengono chiamte blm. Una maniera per osservarne la formazione il fatto che nel momento del quale acquistano la forma bimolecolare, che la situazione in cui abbiamo un doppio strato lipidico visto che lo spessore solo di 20 nanometri, la superficie perde la capacit di riflettere la luce e di conseguenza se questo doppio stato lipidico viene illuminato da una luce incidente non riflettente, quindi se nella fase di spennellamento si crea prima una strutture( un lume per intenderci) nel quale non c' la bimolecolarit e a questo punta la luce torna indietro. In realt poi tenete presenteadesso e anche nel seguito del discorso che faremo. Infatti se consideriamo una membrana priva di proteina avr delle propriet molto differenti da una membrana con le proteine canale. La membrana priva di proteine ha una permeabilit praticamente nulla e le specie idrofiliche in parte unicamente omogenee rispetto alla struttura dell'acqua e fondamentalmente hanno delle caratteristiche di carica elettrica, infatti sono elettricamente neutre per intenderci. Quindi una membrana plasmatica priva di proteine repellente nei confronti di specie che invece sono cariche. Come tale non permette il transito di queste specie ioniche attraverso la continuit dei fosfolipidi e queste specie ioniche tendono ad accumularsi quindi sulla superficie. Dunque la formazione della membrana pu essere anche certificata, senza doverla necessariamente vedere, nei termini che vi dicevo prima con un approccio usuale, ma pu anche essere certifita dalla capacit di allocare le cariche elettriche che ci si incollano e che non passano, e quindi viene misurata come segnale elettrico di una capacit senza dover necessariamente andar a visualizzare lo stato di rifletenza o meno della membrana.Questo l'alternativa, lo stato dell'arte della misura della corrente partendo da una cellula a scopi scientifici, utilizzando quel capillare di vetro che all'interno contiene l'elettrolita e l'elettrodo che trasmette la corrente che viene integrato all'interno della strumentazione tipo quella AXON di cui si parlava precedentemente. Questa tecnica si chiama petch clam perch effettivamente quello che viene indagato semplicemente una piccola porzione di membrana. Allora le membrane che stiamo andando a considerare all'interno della cellula sono variamente distribuite. Sapete che abbiamo membrane localizzate alla periferia della cellula, ma non esclusivamente li. Infatti le membrane le troviamo intorno al nucleo, intorno ai compartimenti intracellulari (reticolo endoplasmatico o apparato di golgi) e rappresentano anche un sistema di cargo perch permettono la comunicazione tra i vari compartimenti cellulari. La struttura generale di tutte le membrane quella che stiamo vedendo anche se a livello molecolare rispetto a questa struttura generale che sempre del foglietto lipidico a doppio strato con due estremit che sono elettrodensi (che sono le teste polari) e da uno strato intermedio che invece quello che effettivamente fa l'effetto barriera rappresentati dalle code che sono isolati da un ambiente acquoso che si trova su un versante e su un'altro. Questa la membrana plasmatica, abbiamo qui abbiamo uno spazio extracellulare e qui invece intracellulare e questa la barriera rappresentata dai fosfolipidi organizzati come abbiamo visto prima. In questo impacchettamento questa struttura, che prende il nome di doppio strato, vede impacchettate le singole molecole che sono ripetute n volte pur avendo la sua caratteristica di distribuzione molecolare. una struttura molto fluida, ha le caratteristiche di una bolla di sapone per intenderci, e nella migliore delle ipotesi questi singoli elementi stanno fortemente impachettati fra di loro ma sono estremamente mobili fra di loro. Infatti scorrono sul piano orizzontale della membrana, scorrono in maniera rapida e ruotando su se stessi e ruotando su questa coordinata ed eventualmente anche se non molto frequente potendosi anche scambiare di posto nei due foglietti. Esistono un paio di esperimenti abbastanza classici che dimostrano la fluidit della membrana, tramite la funzionalizzazione dello strato lipidico con una molecola fluorescente si visto che se si punta un raggio laser sulla superficie della cellula e si esaurisce l'energia dei fluorocromi nella regione della quale il laser collimato possibile avere un recupero del segnale di fluoroescenza e a distanza di tempo durante l'esperimento possibile vedere che la fluidit delle molecole fa si che quella coordinata nella quale presente la molecola fluorescente venga occupata da altre molecole che non sono state irradiate dal laser. Per cui sostanzialmente abbiamo complessivamente una riduzione del segnale di fluoroescenza del segnale della cellula, ma abbiamo un recupero del segnale nella regione di determinate molecole nella quale l'energia era stata funzionalizzata con il fluorocromo. abbastanza intuitivo immaginare al contrario quello che succede se l'irraggiamento viene mantenuto in continuo. In questo caso dobbiamo aspettarci, nella zona nella quale il laser puntato abbiamo un passaggio nel tempo di tutte le molecole che sono presenti all'interno della membrana, un tempo sufficientemente lungo da questa regione passeranno tutti gli elementi presenti nella membrana e di conseguenza l'osservazione viene svolta in una regione indipendente anche qui si osserver uno sbiancamento e quindi saranno trasferiti gli elementi che verranno scaricati da questa posizione . Quindi vediamo sostanzialmente una prova sperimentale del carattere di fluidit della membrana. Dunque quale la zona per la quale queste molecole hanno questo determinato comportamento? Sostanzialmente la natura chimica delle molecole, che abbiamo fino adesso schematizzate con la testa idrofilica e la coda idrofobica. Una cosa sulla quale non ritorno questa serie di diapositive nella quale vengono presentati i gruppi funzionale della chimica del carbonio. Sostanzialmente tutte le molecole che incontreremo in questo corso sono molecole basate sul carbonio e sostanzialmente i quattro atomi sono fondamentali sono il carbonio, l'ossigeno, l'azoto, e l'idrogeno. Non necessariamente nella stessa maniera in tutte le macromolecole biologiche che sono anch'esse quattro: lipidi, carboidrati, acidi nucleici e 1.45. questi sono anche i meno rappresentati per possiamo descrivere in maniera specifica quando se ne parler. In questa fase stiamo parlando in maniera molto generale. Allora quello che dobbiamo sempre tener presente legato alle propriet di interazione di questi quattro atomi del quale vi avevo fatto l'elenco: C, H, O, N. nelle varie combinazioni questi costituiscono i gruppi funzionali che caratterizzeranno la molecola e ne determineranno anche il loro nome. Infatti se io vi dicco il gruppo carbonile immagino automaticamente di comunicarvi quali sono le propriet chimico- fisiche di quella parte di molecola. Si distribuiscono in funzione delle propriet atomiche, che adesso senza entrare nel dettaglio eccessivo che di fatto questi atomi sono distribuiti su due classi separate di elettronegativit. Quindi la coppia carbonio e idrogeno ha sostanzialmente la stessa forza di attrazione verso gli elettroni che condivide quando forma un legame covalente con altri atomi, cos come vale per l'ossigeno e l'azoto. Questi ultimi sono pi elettronegativi di quanto non lo siano il carbonio e l'idrogeno. Quindi avremmo una zona in cui ci sar una maggiore elettronegativit rispetto ad un'altra. Questo significa che nel momento in cui noi formiamo un legame con l'idrogeno la coppia di elettroni, parlo sempre di un legame covalente e quindi quegli elettroni che vengono condivisi per formare tale legame (covalente), che il carbonio pu sviluppare altri legami, mentre l'idrogeno solo uno. Bene in questo caso la condivisione della coppia equidistribuita e di fatto su queste posizioni non esiste una delocalizzazione parziale della carica. Quindi dal punto di vista elettrico questo oggetto neutro. Viceversa se il carbonio si lega ad un ossigeno, ed chiaro che il carbonio mantiene sempre prevalenze verso l'altro (cio maggiori legami il carbonio riesce ad instaurare altri atomi rispetto all'ossigeno), la coppia che viene condivisa per formare il legame covalente viene pi spesso a transitare dalla parte dell'ossigeno che quello pi elettronegativo e di conseguenza questo blocco forma un dipolo nel quale abbiamo una carica negativa sul versate dell'ossigeno e una carica positiva su quella del carbonio. Nota bene che queste cariche non sono nette, ma sono parziali formando cos una nube elettronica che circola sulla coordinata del legame e se volessimo quantificarne il tempo di permanenza sulle due posizioni dovremmo prendere atto che questi elettroni stanno pi spesso qua che qui. E questo fa si che questa struttura abbia la caratteristica elettrica che sembra un dipolo appunto, e questo vale anche per carbonio e azoto oppure quando invece del carbonio qui avessimo un idrogeno perch siamo sempre nelle condizioni nelle quali abbiamo una classe in relazione con un'altra. chiaro che queste cose le ritroviamo nei gruppi funzionali e nelle strutture molecolari che le integrano. Quindi se abbiamo una molecola che formata sempre da carbonio, o meglio precisamente una catena di carbonio e vediamo che ciascun carbonio sempre legato o ad un altro carbonio o ad un idrogeno si viene a formare una struttura che non ha carica da nessuna parte e quindi una struttura che apolare, diversamente invece dal fotto che questa stessa catena possa ,oviamente qui ci sono valenze che non ho messo, invece sia parzialmente ossidata. In questo caso dal punto di vista chimico, tutto in equilibrio, questa struttura rispetto a questa ha una propriet fisica differente. Infatti qui in realt abbiamo introdotto una polarit parziale, e queste non sono cariche nette ma sono cariche parziali per la presenza dell'ossigeno. Allora dal punto di vista convenzionale una catena come questa viene anche indicata semplicemente cos. D' altro canto canto su alcuni libri vedete che questo zig zag sta a significare la catena di carboni che ha sui vertici gli atomi di idrogeno. Infatti ognuno degli atomi di carbonio ha tutte le valenze libere che sono legate all'idrogeno. Quando si verifica una situazione del genere noi diciamo di avere una catena alifatica o una catena satura, dove la saturazione sta appunto nel fatto che tutte le quattro valenze del carbonio sono impiegate dall'idrogeno. Le codine del glicerofosfolipide sono nel doppio strato lipidico, esattamente delle cose come questa, che tendono a nascondersi all'interno dello spessore, all'interno del doppio strato lipidico, perch sostanzialmente quando sono immerse nell'acqua queste molecole si trovano in contato con un reticolo quasi cristallino delle molecole d'acqua nel quale reticolo c' una particolare localizzazione delle cariche, perch esiste una particolare differenza di elettronegativit tra l'ossigeno e idrogeno differente, e quindi tra le molecole che lo costituiscono (sta parlando del legame idrogeno), per cui ogni carica negativa dell'ossigeno di una molecola si trova vicino ad una carica positiva dell'idrogeno di un'altra molecola, che via di fatto tende a stabilizzarsi all'interno del reticolo. Tra l'altro poi questa particolare configurazione lo troviamo allo stato liquido che sono legami deboli, elettrostatici che si chiamano legami a idrogeno o ponti idrogeno (stabilizzandosi tra il negativo dell'ossigeno e quello positivo dell'idrogeno). Dunque quando voi immergete una roba (struttura di glicerofosfolipidi) come questa in un ambiente come questo, cio questa cosa distrugge l'equilibrio che si crea nel reticolo dell'acqua. Di fatto l'operazione di disordine che si crea nel reticolo dell'acqua una condizione temodinamicamente sfavorevole, perch in realt per tenere quell'affare immerso qui dentro ci vuole una configurazione energicamente elevata. E quindi di fatto quella condizione che tende a non verificarsi. Certamente se ci fosse solo quella non andremmo da nessuna parte, pero francamente se poi immaginate di averne pi di uno di questi come il caso che si verifica proprio nello stato liquido ovviamente fa una bella differenza ad avere questi paletti infilati (glicerofosfolipidi) a distanza nell'acqua, quindi a rompere l'idratazione creando un disturbo su tutti i versanti di ognuno dei singoli elementi di disturbo (glicerofosfolipidi). Se li impacchettiamo tutti quanti e questi li abbiamo in questa posizione alla fine la condizione di disturbo tendiamo a farla solamente sui versanti pi esterni. Lo faremmo anche qui se non ci fosse dall'altra parte l'impacchettamento delle altre code. Alla fine questa una configurazione energicamente la pi favorita di tutte perch di fatto nasconde tutti questi elementi (code dei glicerofosfolipidi). Diversa la posizione della testa perche la testa apolare, cio contiene....L'acido grasso abbiamo stabilito che costituisce la coda del glicerofosfolipide (estremamente deturpante per l'ambiente acquoso). Da questa parte il carbonio sappiamo che strutturato in questa maniera. L'acido grasso deve essere un acido cio deve avere una funzione acida la quale il gruppo carbossilico (il carbossile) in questo caso che cosa succede? Quello che succede che ho nell'esempio che ho appena cancellato, ma anche quello che ho nell'acqua. Quindi abbiamo una zona nella quale esiste una distribuzione di carica sempre parziale legata alla elettronegativit, e questo se fosse esclusivamente un acido grasso. In realt la struttura del glicerofosfolipide pi complessa, cio la testa apolare del glicerofosfolipide non esclusivamente questa, ma quella di un acido grasso che legato ad un fosfato, il quale legato ad un alcol in aggiunta. Qui abbiamo la coda dell'acido grasso che legata ad un gruppo fosfolico, il quale a sua volta legato ad un gruppo polare che un alcol azotato. E come fa ad esserci legata ? Attraverso un elemento di raccordo che il glicerolo (il prof. Ha finito la lezione). Ricordate che noi stavamo parlando del discorso sulla sensoristica, adesso il problema e trovare il significato dell'elettronegativit delle molecole che lo costituiscono. Tutto il discorso sulla polarit delle molecole ci permette di supporre che quelle determinate molecole si comportino in una maniera particolare come quello del doppio strato lipidico, che ovviamente basata su certe propriet delle molecole polari.

BIOCHIMICA 26/09/2013Eravamo partiti in un certo modo: nel caso pi generale di come la bioingegneria affronta i problemi biochimici. Nel caso pi specifico avevamo visto un particolare sensore che poi vi verr presentato l'otto di ottobre un seminario sulla tecnologia applicate sulle misure delle correnti ioniche, che possono essere uno strumento per la valutazione della funzionalit cellulare, ma potrebbe essere anche un utilizzo per la valutazione della struttura chimica della funzione della membrana cellulare e soprattutto per poter fare del detecting della sensoristica basata sull'interazione all'interfaccia tra le molecole biologiche e circuiteria elettronica. Avevamo gi incominciato gi l'altra volta a introdurre il suddetto dispositivo. In natura l'assemblaggio spontaneo dei lipidi per formare una membrana automatico seguendo cos la natura chimica delle molecole in questione (relativamente ai glicerofosfolipidi). Una cosa molto chiara che la struttura di un qualsiasi configurazione molecolare in una cellula legata contemporaneamente della caratteristica della molecola della quale discutiamo e delle caratteristiche dell'ambiente dove si trova questa molecola stessa. Quindi la cosa sempre sotto traccia e che quello che vediamo si realizza esclusivamente quasi perch avviene in un ambiente acquoso. Infatti l'acqua che determina la posizione delle molecole e il comportamento delle stesse. Infatti le stesse molecole quando sono leofilizzate, quindi allo stato di polvere che dal punto di vista della composizione esattamente lo stesso, mentre per le molecole che invece si trovano in soluzione non hanno le propriet che invece acquistano quando sono in acqua. Questo in qualche misura lo abbiamo gi visto relativamente alla struttura fisica dell'acqua, cio al fatto che l'acqua si forma un reticolo tra le molecole, le quali in relazione alla loro distribuzione di carica parziale tendono a formare dei dipoli che si associano tra di loro. Poi in questo reticolo poi si devono organizzare perch in presenza delle altre molecole. Quindi abbiamo delle qualit che si chiamano polarit o apolarit che sono l'equivalente solubilit in acqua oppure non solubilit in acqua. Dunque quando noi diciamo un'altra cosa pur senza nominarle, quando diciamo una sola di queste qualit ci tiriamo indietro tutte le altre e tutte queste derivano dalla configurazione della relazione che esiste tra le molecole. Quindi il prototipo del lipide, complesso come glicerofosfolipide che effettivamente la componente della membrana l'acido grasso. L'acido grasso appunto quella catena alifatica della quale abbiamo un certo numero di atomi di carbonio che sono sostanzialmente tutti legati ad atomi di idrogeno rispetto ai quali non distribuiscono diversamente la nube elettronica del doppietto condiviso per la formazione del legame covalente e di conseguenza non hanno delle delocalizzazione di carica. Questa parte della molecola che comunque la parte rappresentativa della molecola di un acido grasso sostanzialmente apolare, idrofoba e quindi insolubile nell'acqua. Un discorso a parte vale per questa porzione pero ci ritorno fra un momento. Quindi la presenza dell'ossigeno assieme all'azoto, come dicevamo l'altra volta appartiene ad una classe di elettronegativ superiore rispetto al carbonio e all'idrogeno, introducendo cos una delocalizzazione della carica e stabilendo cos dei dipoli parzialiche in qualche modo favoriscono l'interazione di questa regione. Qui ancora stiamo parlando di dipoli parziali, quindi non sono cariche nette, ma sono delle configurazioni che temporalmente hanno una probabilit rilevante e di fatto non rappresentano la carica netta. Adesso spingendoci di pi in certe propriet pi specifiche delle code alifatiche di un acido grasso, che diventano comunque della qualit poi risultante a livello di membrana parliamo oltre quando poi avr terminato questa spiegazione sugli aspetti. Dunque abbiamo detto che il glicerofosfolipide e cio il componete singolo della membrana plasmatica, che risulta una struttura pi complessa di quella dell'acido grasso. L'acido grasso esclusivamente questo pezzo. Questa maggiore compatibilit con l'ambiente acquoso nel quale i glicerofosfolipidi si strutturano come si deve non sarebbe sufficiente perch appunto sono le cariche parziali a determinare la strutturazione sovramolecolare. Quindi per la formazione della membrana abbiamo bisogno di cariche nette che derivano dalla ionizzazione e queste strutture che effettivamente non riescono a ionizzare per la semplice ragione che questa porzione della molecola dovr in realt essere impegnata nella formazione del legame per creare una struttura un po' pi robusta, compatta. Quindi la carica deve essere presente e lo fa tramite un'altra porzione della stessa. D'altronde la stessa per avere un certo ingombro fisico, anche la stazza della formazione della struttura ha il suo ruolo. Quindi di fatto il glicerofosfolipide ha bisogno di essere strutturato in modo tale da contenere pi punti di esterificazione della membrana e della regine che contiene la carica netta. Questa strutturazione gli e la da il fatto di essere legato ad una staffa. La staffa il glicerolo. Ed ecco perch si chiama glicerofosfolipide. Il glicerolo un alcol a tre atomi di carbonio. I tre atomi di carbonio sono basati sull'alcano di riferimento. L'idrocarburo alifatico di riferimento il propano (per intenderci il GPL). Ogni valenza possibile, in questo caso occupata dall'idrogeno. Una forma ossidata del propano il glicerolo. Infatti il glicerolo un triossidopropano. Ossidata significa che c' dell'ossigeno e con la presenza dell'ossigeno il propano diventato glicerolo. Tenete presente che questa struttura molto vicina a quella dei carboidrati, di fatto un classico carboidrato che la forma ulteriormente ossidata del propano nella quale abbiamo un aldeide. E questa la gliceraldeide che uno zucchero a tre atomi di carbonio. Se andiamo a considerare la struttura di questa molecola un C3H6O3 che pu essere scritta anche C3(H20)3. Quindi un idrato di carbonio, per ogni carbonio abbiamo 1 molecole d'acqua. Abbiamo detto che il raccordo delle due zampine di acido grasso rappresentato dal glicerolo che viene legato, naturalmente in una fase di sintesi precedente alla formazione della membrana, negli organelli cellulari nel reticolo endoplasmatico liscio, nel quale avvengono queste reazioni dagli acidi grassi per formare per esterificazione (ricordate che l'estere il prodotto tra l' interazione tra un acido ed un alcol, quindi sono tutte condensazioni, quindi l'acido qui sarebbe COOH, quindi in questo caso abbiamo delle condensazioni che rappresentano l'eliminazione di una molecola d'acqua. Sono tutte reazioni che hanno bisogno di enzimi che li catalizzino formando una molecola composta da glicerolo e acidi grassi. Ci vuole una catalisi enzimatica che abbassi l'energia di attivazione per ottenere la reazione) quindi di fatto quello che accade che si forma una struttura di questo tipo e quindi le nostre code si attaccano ottenendo cos questo tipo di interazione. La stazza pi rilevante della componente , ma non l'introduzione della carica netta che dicevamo che necessaria per spingere in maniera pi efficiente l'assemblaggio di questi corpuscoli. Infatti in questa posizione abbiamo bisogno di una carica maggiore, perch questa effettivamente abbia abbastanza forza nell'ambiente acquoso per direzionare la struttura in maniera tale che poi queste porzioni vengano poi annegate nello spazio interno della struttura. Quindi qui ci serve qualcosa. Questo qualcosa rappresentata dalla esterificazione di un altro tipo di molecola fosfato, che vedremmo spessisimo non solamente come elemento strutturale ma anche funzionale perch indispensabile per la possibilit di studiare e manipolare le molecole (questo anche la componente dello zucchero fosfato degli acidi nucleici e le sue caratteristiche di acquisizione di carica sono quelle che ci permettono di poter separare gli acidi nucleici attraverso delle tecniche che utilizzano per distinguere le varie molecole discrete che sono tanto pi cariche quanto sono pi lunghe e si chiama elettroforesi, basata esattamente sul fatto che all'interno di una sequenza di nucleotidi, quindi di un frammento di acido nucleico ci sono tanti di questi residue quanti sono i nucleotidi, quindi tanti pi ne abbiamo tante pi cariche abbiamo pi sar facile separare questi frammenti utilizzando un campo elettrico nel quale possiamo attrarre verso i poli opposti le componenti). Con la componente fosfato possiamo introdurre una ulteriore carica nella molecola che risulta essere una carica libera. Questa componente per un verso esterifica con l' altro pezzo disponibile del glicerolo, che di fatto forma in questo modo la struttura glicerofosfolipide, e per un altro verso, in realt poich si trova in acqua, ed un acido, l'acido tende a cedere dei protoni, ionizza. Quindi ecco che qui abbiamo una vera ionizzazione, cio l'acquisizione di cariche reali. Adesso abbiamo introdotto questa idea della ionizzazione dicendo che la ionizzazione determina l'acquisizione di propriet indispensabili per una certa struttura e dunque una certa funzione e questo vero sia negli acidi grassi, sia nelle proteine e sia negli acidi nucleici ed inoltre la ionizzazione permette l'applicazione di moltissime delle tecniche strumentali che in seguito vedremmo. Adesso facciamo una delle descrizioni delle propriet dell'acqua che permettono la ionizzazione, fermandoci prima sul grado di dissociabilit delle singole molecole in questione ed il ruolo che questa dissocciabilit ha nel controllare la forza ionica dell'ambiente nel quale queste molecole si trovano. Adesso parliamo delle propriet ioniche dell'acqua e fermarmi nel punto nel quale si acquisisce l'evidenza che sostanze come queste nell'acqua ionizzano. Poi tutte quante le caratteristiche di questa loro ionizzazione le vedremmo in un altro momento. Terminato il discorso sul fatto che queste ionizzano poi torniamo ai nostri glicerofosfolipidi . Quindi perch queste molecole ionizzano? Perch l'ambiente, cio una soluzione di acqua pura gi di per se parzialmente ionizzata. Sostanzialmente all'interno di un volume dell'acqua non abbiamo esclusivamente la molecola di acqua nella forma vista fino ad ora, ma abbiamo con bassissimo grado forme dissociate, in realt ci sono poche unit molecolari e queste sono lo ione ossidrile OH- e lo ione idrogeno ( cio il protone) che viene scritto pi che altro in questa forma H3O+ ione idronio. Quindi abbiamo un equilibrio tra questa specie ione idronio e l'altra specie ione ossidrile. Adesso ricorderete dalla chimica, esistono al di la della descrizione qualitativa che stiamo facendo esistono dei rapporti che spesso sono rappresentati da valori costanti per gli equilibri che coinvolgono queste varie specie. Quindi abbiamo delle costanti di equilibrio che si riferisce ai rapporti di concentrazione che esistono tra questo, questo e questo. La costante di equilibrio solitamente impone l'equilibrio tra le tre diverse specie che sono l'acqua, lo ione idronio (o detto anche idrogeno) e lo ione ossidrile. La concentrazione si esprime con una grandezza che la molarit. La molarit rappresenta il numero di particelle di una specie che sono disciolte in un litro di acqua e corrisponde ad un valore che ( questo il modo in cui lavoriamo in laboratorio, cio quando noi dobbiamo mettere in reazione dei composti chimici e quantificare il numero di molecole di una specie rispetto all'altra, infatti noi non possiamo contare il numero di molecole, ma sappiamo che una mole contiene il numero di Avogadro 1*10^23 molecole e siccome i singoli componenti hanno delle concentrazioni diverse ed il numero in grammi del peso molecolare della specie in questione. Quindi una mole di acqua corrisponde a 18 grammi di acqua perch 18 il peso molecolare (1+1+16-->pesi atomici dell'idrogeno e dell'ossigeno) che corrisponde ad una mole di acqua. Il che ci porta ragionando per astratto, voi potreste pensare che un litro d'acqua e una soluzione di acqua in acqua, un po' strano come concetto, ma di fatto all'interno di un litro d'acqua che di fatto una soluzione dell'acqua di se stessa, in realt un indice di solubilit abbiamo mille diviso 18 cio 55,5 moli di acqua. La molarit di un litro di acqua nel quale non sciolto niente 55,5 moli di acqua nel contenuto di acqua ed una grandezza che rientra nel ragionamento che stiamo facendo perch effettivamente quel 55,5 molare la grandezza che corrisponde a questo termine dell'equazione). Quindi qui nella definizione della costante c' 55,5 molare. Questa costante pu essere misurata in termini di conducibilit elettrica ed effettivamente stata misurata sperimentalmente mettendo un elettrodo nell'acqua e valutare la conducibilit trovando che questo valore di conducibilit 1,8 10^.....quindi questo il valore numerico corrispondente alla costante di equilibrio che rappresenta il rapporto tra queste grandezze delle quali ne abbiamo gi parlato. Dunque dicevamo che l'acqua se bene in misura ridotta 1-2 molecole su un miliardo di molecole ionizza e l'entit di questa ionizzazione rappresenta un valore costante che viene definito il prodotto ionico dell'acqua che possiamo indicare come Kw. Il prodotto ionico dell'acqua corrisponde a questo valore che moltiplica questo ed uguale a questo. Quindi di fatto questo affare qui (prodotto ionico dell'acqua) uguale a 1*10... ed equivale a queste due specie che sono uguali a questo valore in termini di molarit. Adesso dal punto di vista qualitativo stiamo dicendo che il prodotto ionico dell'acqua uguale al prodotto delle concentrazioni delle due specie che sono ionizzate. Fatto questo lo dividiamo per la concentrazione di protoni. Che cosa questa? La concentrazione di protoni che abbiamo in una soluzione di acqua che entra in una soluzione, nella quale non disciolto niente. L'acqua ha questa concentrazione di protoni 10^-.7molare. ovvio che avr la stessa concentrazione anche di ossidrili (10^-7)--->quindi ci sono tanti protoni (H+) quanti ossidrili(OH-). Adesso il valore del logaritmo negativo di questa concentrazione uguale all'esponente che rappresenta il 7 di una scala del pH che va da 1 a 14 dove verso 1 abbiamo prevalenza di specie protoniche e verso il 14 abbiamo prevalenza di specie basiche. Da tutto questo poi deriva tutto un discorso che quello che non intendo fare in questo momento che a che fare che quello che chiamiamo un acido e quello che chiamiamo una base, che sono specie le quali disciolte nell'acqua possono comportarsi rilasciando ioni H+ (e quindi acidi) o ioni ossidrili OH- (e quindi basi). Altro dato sperimentale ottenuto tramite questo fenomeno (che esiste e che quindi reale e quantitativamente molto limitato) le specie ioniche liberate in un litro di acqua pura sono molto poche. Dunque l'acqua pura non conduce. In effetti la conducibilit, e quindi la sua valutazione la misura che facciamo in laboratorio per accertarci che essa stessa sia pura e quindi non contenga altre specie. Perch ci interessa questo? Perch in realt in laboratorio se devo produrre delle soluzioni di una specie chimica, che poi ha una qualche rilevanza per l'esperimento che devo fare ed un esperimento biologico di quella soluzione e poi la somministro, devo essere certo che poi in quella soluzione ci sia solamente la specie chimica che mi interessa e che questa sia in soluzione. Questo perch abbiamo detto non ha le propriet giuste per svolgere una funzione biologica. Quindi perch non ci siano dei contaminati io devo avere dell'acqua ultra pura, cio dell'acqua che contenga esclusivamente acqua, non posso avere dentro per esempio dei bicarbonati o dell'altro materiale contaminante. E la verifica di purezza la si fa attraverso la conducibilit. Quindi in laboratorio noi siamo sicuri che quella acqua ultra pura quando la resistenza della nostra soluzione di 18, 2 Mohm, cio la corrente non passa proprio per niente. Da questa considerazione possiamo fare un saltello verso l'esistenza degli acidi e delle basi. La presenza di una specie acida o basica che modifica la concentrazione delle specie ioniche all'interno della soluzione altera la conducibilit dell'acqua. Di fatto quindi originariamente, il fatto che acidi e basi dissociassero venne realizzato perch l'acqua nella quale erano presenti determinate concentrazioni di ioni conduceva diversamente. Quindi queste sono le condizioni fondamentali alla fine che ci permettono di misurare la concentrazione dei protoni come per esempio per acido fosfolico.Per ritornare al nostro discorso della membrana la struttura molecolare costituito dal glicerofosfolipide ed ulteriormente stabilizzata da ulteriori legami che il gruppo fosfolico pu realizzare con altre componenti a loro volta polari e sono componenti come ad esempio serina, catacolamina, la colina che fanno si che in questa porzione della testa si aggiungano altre cariche ed alcune sono costituite da una molecola voluminosa con una particolare distribuzione con un polo idrofobo e l'altro polo idrofilo. Ed ecco qua questa la struttura complessiva della fosfatidilcolina, uno dei glicerofosfolipidi, chiamata cosi proprio perch oltre al classico glicerofosfolipide a questo attaccato anche la colina, come possiamo notare c' sempre il punto di raccordo tra il gruppo fosfato e l'acido grasso rappresentato dal glicerolo. A sua volta, possiamo vedere che il gruppo fosfato esterificato con la colina. La fosfotidilcolina dal punto di vista pratico del dispositivo acquistabile in forma di liquido che pu essere utilizzato come monocomponente per spennellare un forellino che fabbricato su un setto che separa due compartimenti e che creer quella membrana la flat minde membrein la quale vi parlavo l'altra volta. Sostanzialmente succede che se io prendo una bacchetta di vetro e la immergo all'interno di un contenitore di fosfatidilcolina per poi utilizzarla e poi la striscio alla superficie in un doppio compartimento tipo questo, quello che si viene a formare questo buchino che si viene a formare all'interno del setto. un buchino che deve avere delle dimensioni di diametro estremamente limitato perch ovviamente questa cosa dal punto di vista fisico debolissimo quindi in realt il movimento elettrostatico supera la resistenza di una struttura bimolecolare e ovviamente questo strato si rompe. Come vi dicevo questo esattamente lo strato che se viene guardato in maniera ortogonale per via delle sue caratteristiche di rifrangenza della luce nelle condizioni bimolecolari assorbe tutta la luce, un buco nero praticamente, trattenendola completamente e da origine a questa leghin ...membrain. Alternativamente anche una superficie e se esistono delle cariche (dei reservoir) funziona da capacit. Quindi le distribuisce tutte sulla sua superficie e quindi di fatto non c' neanche bisogno di dover necessariamente vedere la formazione della blak..membrain. Misurando la capacit della struttura se effettivamente interviene sulla conduzione (misura) elettrica si sono create le condizioni che testimoniano la formazione della membrana. Insomma la di la di questa applicazione particolare di fatto poi in natura quello che accade che queste membrane tendono a formarsi per il rapporto che assumono con l'acqua e il doppio strato lipidico conseguenza del fatto che i glicerofosfolipidi abbiano due zampette , se invece ne avessero una formerebbero anzich una bylayer una monolayer. I doppi strati lipidici al di la di questa applicazione particolare sono largamente utilizzati nell'industria farmaceutica che si possono gestire per la formazione di queste cose. Questa una microfotografia di una sezione di una serie di strutture come queste (liposomi)incluse in una resina e poi tagliate (una superficie di sezione). Questi sono i contorni di una di queste strutture chiamate appunto liposomi, i quali possono essere formati spontaneamente, semplicemente introducendo dei fosfolipidi in una soluzione che contiene farmaco, e quindi che ritrover contenuto all'interno del volume che verr racchiuso dalla membrana che si formata spontaneamente. Poi questi contenitori posso essere lavati quindi la soluzione con il farmaco viene eliminata e risospesi con il loro contenuto molecolare attivo che potr essere assorbito e che tra l'altro queste sono strutture che sono compatibili con la struttura delle membrane delle cellule reali. Per cui quando vengono somministrate, dato quello che pu succedere, che il liposoma nei pressi della membrana della cellula tenda a diffondere e poi tenda ad aprirsi sulla membrana e a rilasciare il contenuto all'interno. Quindi questa una applicazione con l'elettronica integrata che qualcosa di originale e questo un approccio ormai sperimentato standardizzato, e anche redditizio. Qui vediamo una tabella molto densa che non ci interessa in maniera estensiva, ma qualche informazione c' la da. Dunque tutti gli acidi grassi che compongono le code dei glicerofosfolipidi, le quali sono delle molecole con nome e cognome nel senso che hanno una diversa lunghezza alla quale corrisponde oltre che la loro definizione, con la loro tecnologia classica sistematica chimica e un nome pi popolare che deriva dalla sorgente vegetale dalla quale sono stati isolati. Quindi l'acido l'aulico, l'acido palmitico, l'acido arachidico richiamano le rispettive specie vegetali da cui sono stati prelevati. Quello che vedremo nella diapositiva con il modello a riempimento di spazio era sostanzialmente che nello spazio specifico. Una fosfatidilcolina come quella che abbiamo visto prima pu essere ulteriormente definita nello spazio specifico dalla specie di code di acidi grassi. Quindi possiamo avere differenti tipi di fosfatidilcolina che contengono code di acidi grassi diversi. In che cosa il fatto che contengano code di acidi diversi pu avere una differenza? Noi abbiamo detto che vogliamo fare un dispositivo che sia in grado di funzionare come un biosensore, nella quale passa della corrente attraverso la membrana e abbiamo anche detto che una membrana per come l'abbiamo definita fino adesso una membrana che non ha permeabilit. Infatti ha la capacit di accumulare le cariche sulla superficie senza farle passare. Di conseguenza ci manca un elemento affinch il dispositivo possa funzionare che un canale che percorre la membrana in modo tale le cariche possano attraversarla ed entravi quindi entrare all'interno. Questo tramite (canale) lo vediamo la prossima settimana in maniera abbastanza estesa. In questo dispositivo questo tramite un canale costituito da una molecola proteica. Vedremo come poi come i canali si sistemano all'interno di una membrana e in che modo all'interno di una membrana funzionano in una maniera pi o meno regolare (precisa). Qui ritorniamo a quel concetto generale che ha aperto la nostra chiacherata di oggi cio una molecola funziona per come strutturata e funziona per l'ambiente nel quale si trova. Un canale si ritrova in condizioni diverse a seconda della fluidit della membrana cio che sia pi o meno ghiacciata o liquida. L'equivalente che possiamo fare tra lo stato dell'acqua e lo stato di consistenza della membrana esattamente questo: abbiamo membrane che sono pi fluide e membrane che sono invece pi bloccate nella mobilit che abbiamo visto l'altra volta delle singole molecole che possono muoversi sul singolo piano orizzontale in funzione dell'ingombro degli acidi grassi e quindi dei glicerofosfolipidi che le compongono. Pertanto chiaro che se queste due membrane quella di sinistra contiene cinque molecole ed impacchettate in un certo volume che molto pi compresso di quello che contiene queste altre cinque molecole. Di fatto perch queste molecole non sono rettilinee e quindi nell'unit di volume se ne impacchettano meno per via dello spazio maggiore che hanno a disposizione per il loro movimento. Questo deriva dallo stato di saturazione degli acidi grassi che compongono le code dei glicerofosfolipidi e la saturazione si riferisce al fatto che una catena come questa. Questa risulta satura perch tutti gli atomi di carbonio hanno tutte le valenze saturate da un atomo di idrogeno, invece una catena come questa insatura perch ci sono delle valenze che non sono saturate dall'idrogeno, ma sono utilizzate per creare un occasionale doppio legame con l'altro carbonio vicino, il quale doppio legame ha un angolo differente da quello del singolo legame e di fatto introduce quel ginocchio che abbiamo visto nella catena delle specie insature. Questo in che cosa si traduce? In una minore fluidit delle membrane che sono formate con le specie sature. E come sempre succede, siamo in una situazione nella quale o il primo caso o il secondo caso, per esistono delle situazioni intermedie che fanno parte della regolazione possibile ed un certo grado di fluidit garantito. Poca fluidit significa una costrizione e quindi un imprigionamento dell'elemento galleggiante che deve svolgere la funzione canale. Quindi di fatto una sua incapacit di transizione verso una forma da chiusa ad una forma aperta e quindi una sua compromissione della sua funzione dell'elemento per il transito ionico. Mentre una fluidit eccessiva determina la poca stabilit dell'elemento che immerso nella membrana e anche la poca stabilit della membrana stessa. Quindi bisogna trovare una condizione intermedia, adeguata. Nel nostro organismo questa condizione inadeguata deriva dalla alimentazione. Noi introduciamo le componenti che poi vengono assemblate e indirizzate per formare i glicerofosfolipidi della membrana attraverso l'alimentazione. Introduciamo in componente che magari avete visto nella lista delle anali del sangue che si chiama trigliceride. I trigliceridi sono componete della nostra alimentazione che sono la forma base di assorbimento. E i trigliceridi come i glicerofosfolipidi hanno una natura che derivano dalla sorgente dalla quale l'introduciamo. Quindi di fatto abbiamo le specie come lo stearico..., sono forme sature che noi introduciamo quando consumiamo del grasso animale, mentre le forme insature che sono contenute soprattutto negli oli, e quindi non nel burro o nel lardo. Dal punto di vista fisico di un differente stato macroscopico di lipidi con il quale abbiamo a che fare famigliarmente. Di fatto a temperatura ambiente l'olio liquido perch ricco di code insature e di conseguenza alla stessa temperatura ambiente il burro e il lardo sono solidi perch a quella temperatura essendo costituiti soprattutto da forme sature tendono a essere strettamente impacchettate e cambia cos immediatamente la consistenza. Se pensate alla corrispondente fluidit di una membrana nella quale sono prevalenti acidi grassi saturi o insaturi. una variante sulla quale possibile interdire in funzione del risultato desiderato. Tanto vero che per poterla controllare la natura utilizza un ulteriore meccanismo che pu essere sfruttato a valle della costruzione della membrana, cio previsto che membrana debba avere una certa quantit di acidi grassi e che quindi abbia una qualche fluidit possibile modificarla questa fluidit inserendo all'interno della membrana componenti planari come questa che una molecola di colesterolo. Nelle membrane naturali il colesterolo un elemento che pu essere introdotto e sottratto per modificarne il grado di fluidit e d abbastanza reperibile in natura. Ragionevole che questo avvenga perch il colesterolo una molecola planare, cio una specie di trave che viene inserito all'interno delle strutture rappresentate dalle code degli acidi grassi e come tale tende a ridurre la fluidit sul piano orizzontale. Anche qui possibile vedere che alti livelli di colesterolo determinano membrane poche fluide, anche se non una considerazione che ha valore assoluto, nel senso che come al solito la concentrazione adeguata di colesterolo sono addirittura appropriate per garantire una funzione corretta. Per non parlare poi del fatto che il colesterolo che al di la del suo ruolo come componente della membrana il precursore in maniera molto generale della struttura della molecola di altri molti elementi importanti per la biologia come l'acido biliarico e per la formazione di altri steroidi di altro tipo per esempio surrenale, che presiedono all'equilibrio idrosalino, per formare quegli ormoni che determinano il carattere sessuale primario maschile e femminile e infine anche tante altre vitamine. Quindi riassumendo una membrana risulta essere pi fluida dove ci sono meno molecole per volume. Quindi un acido insaturo determina pi spazio e quindi una maggiore fluidit della membrana stessa. Nonostante apparentemente le molecole insature sembrano che formino un reticolo e quindi una maggiore stabilit, in realt quelle code degli acidi grassi essendo apolari non sono stabili tra loro e quindi danno una minore stabilit alla struttura e quindi meno densa la struttura stessa rispetto ad una costituita da acidi grassi saturi, il che si traduce in una maggiore fluidit della membrana. Ripeto che queste sono grandezze che vengono controllate. In questa altra diapositiva vediamo che le differenti membrane, e parliamo generalmente di membrana considerando quella cellulare esterna, ma abbiamo detto l'altra volta che ci sono numerosi compartimenti nella cellula che sono separati da una membrana: nucleo, mitocondri, reticoli endoplasmici, l'apparato di Golgi. E vedete la loro composizione non standard. Infatti ci sono componenti che sono diversamente utilizzate, perch diversa deve essere la propriet fisica in relazione alla funzione che deve svolgere. Addirittura esistono delle distribuzioni alternative nei due foglietti dello strato lipidico (membrana cellulare). Cio i glicerofosfolipidi che sono in versante del bylayer in natura sono mediamente differenti qualitativamente da quelli si trovano sul versante opposto perch questo serve per veicolare anche un contenuto informativo che va oltre la struttura fisica. Normalmente una specie di glicerofosfolipide che si chiama fosfatidilserina, questa verde con carica negativa, viene sempre tenuta nello strato interno della membrana e quando viene inglobata sul versante esterno e un segnale particolare perch nell'intorno percepiscono la carica negativa di questo glicerofosfolipide e significa che quella cellula li si sta suicidando, che pu essere un fatto positivo o negativo per il soggetto. Ad esempio nello sviluppo di un feto quando le dita si separano, ovviamente le cellule lo fanno perch quando le cellule saldavano le dita tra loro ed arrivato il momento che si stacchino fra di loro, questa morte cellulare controllata, attivando un programma suicida che viene testimoniato a quelle che sono vicine per esempio anche da questo tipo di traslocazione di una certa specie di glicerofosfolipide da un versante all'altro. Quindi i gradi di complessivit di questo discorso sono estendibili fino a qualcosa che passa estremamente dall'aspetto fisico anche alla capacit di replicare un certo segnale. La prossima settimana proseguiremmo prendendo in considerazione quali sono le propriet di transito attraverso una membrana nelle condizioni nelle quali l'abbiamo descritta fino ad ora, cio nel doppio strato lipidico sostanzialmente impermeabile a tutto quello che non lipide anche se in realt ha un coefficiente di diffusione che omogeneo dal punto di vista fisico, e quali invece sono le propriet di controllo del traffico sui due cappi della membrana quando invece all'interno abbiamo inserito dei canali (macromolecole proteiche) provviste di determinate cariche e specialmente la sua applicazione. Questi canali hanno infatti la possibilit di interrompere la impermeabilit dello strato lipidico, creando dei tunnel idrofili per il transito di determinati ioni tra i due versanti. Per poterlo fare al di la delle caratteristiche del trasporto del quale parleremo ci serve dire anche quali sono le propriet di autoassemblaggio delle strutture proteiche che formano i canali e quindi attraverso la membrana. Quindi nelle prossime occasioni parler delle proteine e della realizzazione del canale ionico regolato, ritorneremo su quella parte relativa alla ionizzazione di cui ho parlato oggi, che quella che gestisce l'acquisizione della struttura terziaria, l'ingombro tre di di una proteina (quindi rappresentazione di questa nello spazio), che nasce come una stringa di amminoacidi uno dietro l'altro.

BIOCHIMICA13/10/15Fino ad ora abbiamo parlato di membrane, di soluzioni legate alle membrane e vorrei continuare brevemente su questa tematica spostandomi per pi verso un discorso mirato ad altre funzioni delle proteine, che abbiamo visto essere inserite nelle membrane, e metodologie per studiarle. In laboratorio vedremmo il dosaggio delle proteine, la maniera di separarle attraverso approcci classici. Allora per tenere un po' la traccia della rotta, che stiamo seguendo, ricapitolo brevemente. Noi abbiamo visto le differenze centrate sulle propriet delle membrane, per il fatto che questa possegga dei sistemi specializzati, i canali ionici, che lasciano transitare le correnti ioniche, che possono essere analizzati per scopi che poi ritornano sulla attivit di ricerca in termini di approfondimento dei meccanismi attraverso i quali queste molecole funzionano oppure posso centrare proprio niente con il mondo della biologia e servire come applicazione in un ambito di specifico interesse dove la proteina una parte dello strumento che ci interessa che funzioni in una maniera ripetibile, ma non approfondire il modo nel quale lo fa.Io, per adesso ritorno sulla descrizione del contesto molecolare per il quale in futuro gli aspetti di ordine tecnologico saranno, invece, pi centrati sulla strumentazione che occorre per gli studi che si fanno in laboratorio. Quindi vorrei completare il discorso, che stavamo facendo l'altra volta con alcuni aspetti addizionali, sul funzionamento delle proteine che veicolano ai due capi della membrana plasmatica. Prendendo poi un esempio di attivit coordinata, con il quale pi molecole collaborano tra di loro per determinare una funzione superiore, che nel caso specifico la contrazione di una cellula muscolare cardiaca e andando poi oltre nel vedere il modo nel quale la regolazione della contrazione cardiaca anche conseguenza dell'attivit di molecole, le quali fisicamente non trasportano nulla da un capo all'altro della membrana, ma di fatto trasducono un segnale, cio una informazione che proviene dall'ambiente esterno e che in qualche modo viene trasformato in una serie di informazioni sul versante interno della membrana, senza che ci sia stato un transito fisico di materiale.La volta scorsa noi abbiamo visto, solamente esempi nei termini di tasportatore o nei termini di canali ionici, le proteine che veicolano una singola specie verso una direzione, che determinata dalle concentrazioni, e quindi dal gradiente elettrochimico. Ovviamente non possiamo aspettarci che una cellula riesca a sopravvivere, se questa l'unica cosa che sa fare. Infatti bisogna che abbia una maggiore specificit nel comportamento, nei termini dei dispositivi che permettono questo tipo di funzione. Allora qui vediamo, accanto all'esempio che abbiamo visto fino ad ora del passaggio singolo di una specie, che pu essere ionica oppure complessa, verso una sola direzione a favore del gradiente, qualcosa di un po' pi complesso, cio l'utilizzo di un tramite che possa permettere il passaggio di pi di una cosa allo stesso tempo. Direi che questo si comunica in una maniera molto semplice e possiamo saltare direttamente alla situazione pi articolata, che quella nella quale attraverso una struttura, che attraversa la membrana, passano due cose in due direzioni opposte, facendo un esempio particolare, che dovrebbe essere abbastanza semplice da comprendere. Siamo alla periferia del sistema circolatorio e siamo in prossimit delle aree, nelle quali il nostro metabolismo produce materiale di rifiuto, rappresentato sostanzialmente da anidride carbonica. Infatti riusciamo ad ottene energia attraverso la scomposizione di catene carboniose, come pu essere una struttura di un idrato di carbonio, che uno zucchero, che viene....mediamente il materiale di partenza uno zucchero a sei atomi di carbonio, che viene smantellato in componenti elementari, che sostanzialmente sono nCO2 e H2O, e quindi quanti ne occorrono, in realt per costruire la struttura carboniosa originaria. Questo discorso vale anche per i lipidi. Quindi di fatto noi abbiamo come elementi terminali del nostro metabolismo due prodotti, dei quali uno sostanzialmente inerte (l'acqua) e l'altra la scoria, che dobbiamo eliminare(CO2). Delle volte non c' abbastanza ossigeno per produrre abbastanza di questi elementi terminali. Queste in due parole la ragione per il quale noi abbiamo bisogno di respirare. Specialmente quando il materiale deve essere ossidato, che il classico lipide che abbiamo visto, che completamente saturato con idrogeno. Quindi ci sono delle situazioni, nelle quali per arrivare ad una conseguenza di questo tipo non abbiamo abbastanza ossigeno, come vedete internamente alla molecola che vogliamo scomporre, smantellandola a pezzi per estrarre l'energia dai legami che tengono insieme gli atomi. Quindi questa la ragione per la quale noi respiriamo, cio per introdurre ossigeno, che in periferia serve alle cellule, alle quali non si pu dare le molecole complesse. Semplicemente questo un esempio parziale perch l'ossigeno serve anche per altre cose, questa sostanzialmente quella fondamentale. Quindi, di fatto attraverso la respirazione nelle cellule periferiche riusciamo ad ottenere energia scomponendo zuccheri e lipidi e producendo elementi fondamentali come questi, nei quali l'acqua pressoch ininfluente dal punto di vista della reattivit e la CO2 invece occorre smaltirla. La CO2, quindi, fuori esce dalle cellule, nelle quali stata prodotta sulla base di questa attivit metabolica, semplicemente per diffusione. Infatti abbiamo detto, che una piccola molecola , che non ha polarit sostanziale, quindi passa libera attraverso la membrana e passando dalla membrana l'anidride carbonica trova il fluido extracellulare e poco distante una venula, un capillare, nel cui plasma sanguigno si discioglier. La solubilit della CO2 piuttosto limitata, cio sostanzialmente se dovesse casualmente sciogliersi allora la CO2 non riuscirebbe in concentrazioni efficaci per poter andar via dalla cellula, resterebbe a basse concentrazioni, quindi il suo effetto di scoria sarebbe pi rilevante. Quindi nel nostro organismo in particolare i globuli rossi, che circolano nel sangue, hanno la capacit di produrre, partendo dalla CO2, che viene coniugata all'acqua, che sempre disponibile,che diffonde anche attraverso la membrana dell'eritrocita, attraverso l'attivit di un enzima, che si chiama nitrasi carbonica e dell'acido cloridrico, e quindi produce una specie che si chiama bicarbonato, che effettivamente molto pi solubile di quanto non lo sia l'anidride carbonica. Quindi, attraverso questo shatle, i grossi quantitativi di CO2 che vengono prodotti in periferia, vengono trasformati in bicarbonato e vanno fuori dalla cellula dell'eritrocita(globulo rosso) per sciogliersi in quantitativi rilevanti nel plasma, per poi essere trasportati fino alla sede nella quale vengono espulsi attraverso la respirazione. Il punto qual ? che, abbiamo detto che il bicarbonato una specie ionizzata. Quindi siccome stechiometricamente quello che abbiamo prodotto acido carbonico, se noi espelliamo il bicarbonato dopo la dissociazione avremmo in mancanza in un sistema pi articolato un sovracarico di protoni, che ovviamente acidifica, ma che in questo caso ci interessa esclusivamente in quanto molecola carica positivamente, che tende ad accumularsi se questo meccanismo si ferma a li dove ve l'ho descritto. Quindi a questo punto si vede comprensibile la ragione per la quale stata progettata una molecola da traspotatore del bicarbonato, contemporaneamente importando a favore di gradiente, semplicemente una combinazione di configurazione fisica molecolare che rende possibile la specificit del trasporto del cloro all'interno della cellula, in modo tale che per ogni carica positiva che si accumula, in seguito alla dissociazione del bicarbonato, abbiamo una carica negativa che viene fornita al sistema per mantenerne la neutralit dal punto di vista elettrico. Quindi in questo caso il sistema dell'antiporto funziona attraverso un trasporto contemporaneo di variazioni opposte, sempre a favore di gradiente di due molecole che hanno una carica alternativa, in maniera tale che tutto il fenomeno poi alla fine si mantenga elettricamente neutro. E questo va in periferia dell'organismo, la dove la CO2 viene prodotta, cosi come a livello polmonare dove invece la CO2 viene smaltita. un gioco di concentrazioni quello che determina l'attivazione del trasporto, e in questo caso la stesso enzima che favorisce la liberazione di CO2 in acqua, come ovviamente le attivit degli enzimi hanno due costanti di equilibrio che possono ovviamente andare dal substrato al prodotto o viceversa in funzione delle concentrazioni di ciascuna specie, come abbiamo gi visto fuori, guardando quali sono le cinetiche di equilibrio dei fenomeni gi visti, determina poi la ricostituzione di CO2 e in quella situazione trova all'esterno concentrazioni molto pi ridotte e di fatto quindi tende a diffondere facilmente nel sacco polmonare e poi lascia l'organismo. Noi all'interno della cellula abbiamo un sistema tamponante, che basato sia sull'equilibrio che c' tra la CO2, carbonato e acido carbonico ci sono anche le coppie centrate sui fosfati. Quindi di fatto la situazione del bilancio sotto il profilo dell'acidit viene gestita dai sistemi tampone, che sono in grado di far fronte alle concentrazioni di protoni liberi e quindi mantenere il pH in un valore, estremamente controllato , che centrato su 7,4. il problema che ci sono altri sistemi che si prendono carico all'interno della cellula. Lo scopo dell'operazione gestita dal trasportatore ed quello di definire una operazione a funzionamento neutro perch altrimenti ottengo una polarizzazione con carica positiva all'interno della membrana dopo poco tempo. La carica all'interno della membrana transitoria, nel senso che reversibile nel momento in cui torniamo al compartimento polmonare. Per siccome abbiamo visto che ci sono molti canali che sono sensibili al potenziale della membrana. Quindi avremmo un potenziale con un certo valore, il che significa determinare uno stato di tutti gli altri canali, e quindi uno stato alterato rispetto a quello preferito. Quindi ovviamente noi ci infiliamo in un certo discorso chiudendo con un para occhi, mentre l'aspetto sul quale cerco di attirare la vostra attenzione e questo non esclude che questo succeda una quantit di altre cose. Il discorso su cui siamo pi focalizzati per quello dell'antiporto. Quindi abbiamo visto in questo caso un antiporto la cui funzione quello di trasportare una molecola nelle due direzioni, che trasporta due specie con lo scopo di mantenere la neutralit del sistema. In realt molto spesso questo tipo di operazione, cio il trasporto di specie carche nelle due direzioni ha l'obbiettivo di raggiungere lo scopo contrario, cio quello di creare una differenza di potenziale. Ricorderete che esistono molti tessuti, che sono elettricamente capaci di polarizzare proprio per il fatto che sono polarizzabili nelle condizioni di riposo. Cio per il fatto che esiste una distribuzione alternativa di carica, e questo lo si ottiene, attraverso sistemi di trasporto coniugato che creano, in realt in questo caso per il quale sto per fare l'esempio, la simmetria dal punto di vista della carica sui due capi della membrana. Salvo che in essere questo della necessit di produrre il potenziale ai capi della membrana, questo non lo si pu ottenere a favore di gradiente perch il gradiente tende a creare una situazione di equilibrio a fine corsa, quindi in realt ci vuole un sistema che capace di funzionare, in realt non se aprendosi e lasciando fluire l'energia potenziale che a monte, ma ci vuole un sistema che fisicamente spinga del materiale, concentrandolo dalla parte c' ne gi una quantit significativa. Quindi l'altra considerazione, che stiamo facendo oggi rispetto ai sistemi che abbiamo visto fino ad ora, che sono sistemi di trasporto passivo, riguarda l'esistenza di meccanismi di trasporto attivo. Fortunatamente nel trasporto attivo significa di avere la capacit di ammucchiare materiale in compartimenti nei quali gi un quantitativo rilevante e questo serve in moltissimi casi alla cellula e per poterlo realizzare occorre dell'energia. La forma di energia che la cellula possiede L'ATP. Questa una molecola, nucleotide e si chiama adenosinatrifosfato, ed uno dei quattro che viene utilizzato per formare di DNA o RNA, ma in questo caso la sua funzione (in termini di energia) quella di rappresentare poi il deposito di energia ed costituita da dei gruppi fosforici assieme ad uno zucchero pentoso con attaccata una base azotata, che in realt se questa qui una adenina e contiene un solo gruppo fosforico si chiamer adeninamonofosfato, se invece contiene due gruppi fosforici avremmo una adeninadifosfato, se invece sono tre i gruppi fosforici sar una adeninatrifosfato, il quale ultimo caso (quello contenete tre gruppi fosfato) la nostra ATP. In questo legame o anche in questo localizzato il quanto di energia che viene recuperata attraverso la rottura di questi materiali, che viene appunto smantellato durante il metabolismo. Questo quanto di energia pu essere facilmente spendibile. Notate bene che c' un continuo processo di accumulo di energia nei legami di ATP, che viene continuamente sintetizzato e speso in maniera tale che la rottura di questo legame, di questo trasportatore di energia, in grado di sostenere i costi energetici di operazione che non si svolgono a favore del gradiente (quindi questa molecola viene spesa nella cellula per poter portare contro gradiente determinate sostanze o al di fuori o dentro di durante il trasporto attivo esempio pompa sodio potassio). Quindi nel momento nel quale io devo compiere un'operazione, che significa farcire di sodio un ambiente extracellulare che ne contiene gi un quantitativo enorme bisogner che compi all'operazione di spinta del sodio al di fuori con la contemporanea associazione di una reazione che invece essendo opposto e che abbia un valore superiore a quello dell'energia che devo spendere per l'operazione che mi interessa svolgere. Dunque di fatto il trasporto attivo, cio la spinta di una molecola da un versante, dove meno concentrata, a un versante, dove pi concentrata avviene con la contemporanea idrosili, la scissione quindi dei gruppi fosfato di una molecola di adenosinatrifosfato, che diventa adenosinadifosfato pi naturalmente il fosfato inorganico il quale viene eliminato. Questo discorso pu essere visto cos oppure anche un po' pi articolato, nel senso che la cellula pu sfruttare nell'intenzione questa volta di trasportare la molecola s e non la x, pu spendere l'energia per creare un gradiente su una molecola che poi funziona come cootraspertatore di una seconda molecola, facendo da leva, che relazionata dalla speda diretta dell'energia dell'ATP, che in grado poi di spingere l'altra componente che vogliamo accumulare, in questo caso all'interno della cellula. Per di fatto senza arrivare necessariamente qui, l'idea che noi abbiamo bisogno di energia per poter spingere contro il gradiente. Il nostro metabolismo basale sono circa 2000 kcal per un individuo standard e di queste un terzo servono semplicemente per creare il gradiente elettrico ai capi delle membrane delle nostre cellule depolarizzate, appunto l'ATP, che noi consumiamo per fare una attivit che questa che vi sto per introdurre. Cio far andare tre molecole di sodio fuori dalla cellula, dove maggiomente concentrato il sodio, e due molecole di potassio all'interno della cellula, dove maggiormente concentrato il potassio. Tutto questo in maniera tale che quando questo viene reiterato si crei un accumulo di cariche positive verso l'esterno e un accumulo di cariche negative verso l'interno. Naturalmente questo passaggio di molecole da un versante viene a a sfavore di gradiente di concentrazione per il tipo della singola molecola e quindi necessario accompagnare questo fatto con l'idrolisi dell'ATP (quindi impiego di energia, ecco perch viene chiamato trasporto attivo proprio perch spendo energia-->ATP) e di fatto realizziamo questa differenza di carche tra l'esterno e l'interno della cellula , rappresentando la depolarizzazione standard della membrana, che in una cellula eccitabile acquista il valore di circa -70 mV(naturalmente ai capi della membrana), con il negativo verso l'interno, in maniera tale poi da servire se vogliamo una specie di trasporto passivo secondario perch poi questa depolarizzazione funzione come forza motrice per il flusso questa volta di gradiente di ioni, che se nono carichi e ovviamente se si apre la porta giusta tenderanno ad entrare dentro cariche positive, mentre invece se sono carchi meno, ancora una volta se si apre la porta giusta andranno verso l'esterno. Il modo nel quale questo viene a che fare con un meccanismo, che impatta sulla struttura 3D del trasportatore, che nelle condizioni, nelle quali questo potenziale di membrana viene perturbato, cambia configurazione e quindi permetta il passaggio ionico attraverso lo specifico trasportatore. Questi trasportatori della membrana, che utilizzano l'ATP o comunque che utilizzano l'energia, di fatto non sono dei canali, non sono dei trasportatori cos in maniera generica, ma sono delle vere proprie porte presenti nella membrana perch funzionano fondamentalmente aspirando e spingendo nella direzione a sfavore del gradiente. Le pompe, che consumano l'ATP, vengono chiamate in maniera breve atpasi presente nella membrana. Questa in particolare scambia il sodio per il potassio e viene chiamata sodio-potassio atpasi. Le condizioni di concentrazione di sodio extracellulare o intracellulare vigenti nello stato standard della cellula. Quindi la variazione di queste concentrazioni ed il funzionamento di questo sistema(pompa sodio-potassio) determina lo sviluppo di questo potenziale. Noi trasformiamo l'energia chimica in energia elettrica in questo caso., la quale poi viene utilizzate per la trasmissione dell'impulso nervoso o per la depolarizzazione di una cellula contrattile e anche per altre attivit pi grezze come per esempio l'aumento della concentrazione dei protoni all'interno dello stomaco per creare le condizioni del pH, che determinano la funzionalit degli enzimi che ci permettono di digerire. Infatti abbiamo in questo caso un sistema che continuare a pompare protoni ed il ph vigente nel succo gastrico circa 2, le quali sono condizioni di acidit spinta, e l'operazione viene svolta da una proteina complessa che prende il nome di atpasi. Questo poi un esempio pi complesso, ottenuto attraverso la compartecipazione di una serie di pompe e di canali che agisco in maniera coordinata, essendo distribuiti sia sulla superficie della cellula sia su altri compartimenti intracellulari sulla quale ci fermeremo un po' di pi per vedere in che modo si svolge.In questa slaid viene mostrato schematicamente come avviene il processo, cio quali sono i meccanismi molecolari che permettono il funzionamento di una atpasi, che in questo caso particolare la sodio-potassio atpasi. Sostanzialmente abbiamo dei cambiamenti conformazionali, che sono, invece, che indotti dal legame della proteina con l'elemento che trasporta, per esempio il trasportatore di glucosio nel quale era il legame di glucosio con siti affini e presenti sul suo trasportatore che determinava una modifica di condizioni locali che cambiavano la struttura proteica e facevano si che aprisse sul versante opposto, dove poi il glucosio veniva rilasciato perch li c'era molto meno concentrazione della specie in questione. Qui, invece, al di la della affinit che permane per il sodio, nel caso dell'inizio di importazione, quindi tre ioni sodio sono localizzati in porzioni della pompa, per le quali conformazionalmente hanno una specifica attivit fino a quando le condizioni di concentrazioni siano a favore di questo. Ovviamente aperto su questo versante l'unica concentrazione di sodio che la proteina sente quella intracellulare, per cui questo un valore che sufficiente per il legame con la proteina, fino a quando la fosforilazione. Sostanzialmente qui sarebbe necessario dire che determina fisicamente l'effetto di cambiamento di stato della proteina, perch attraverso l'energia che viene liberata dall'idrolisi per nucleotide. Infatti abbiamo un gruppo fosfolico, che pu essere legato in una posizione della proteina, introducendo in quella posizione una carica negativa, che determina una costretta modifica locale della distribuzione di carica che, come abbiamo visto, responsabile della struttura terziaria della proteina. E come tale la porta da questo stato a questo altro, nel quale su questo altro versante in funzione della resa disponibile dei siti per l'interazione con potassio. Il potassio, che si trova fuori dalla cellula, cambiano le condizioni di affinit per il sodio e, quindi viene rilasciato. Il ciclo di fosforilazione, in realt un ciclo temporizzato, nel senso che la fosforilazione un meccanismo a termine al quale segue il ritorno allo stato iniziale, per via del fatto che all'interno della cellula esistono pattuglie di enzimi che si chiamano fosfatasi, che con una certa specificit diventa sempre pi evidente man mano che la ricerca avanza, a cui in linea generale vanno a cercare elementi fosforilati per portar via il gruppo fosfolico, un po' come una attivit di mantenimento costante. Nell'eliminare il gruppo fosfolico riportano il sistema alla condizione di partenza con la perdita di attivit di potassio per i siti, ai quali era legata una proteina e l'acquisizione nuovamente per l'affinit del sodio. Quindi tutto un gioco basato su concentrazioni, ovviamente delle specie da qui e da un capo della membrana, affinit che sono legate alla configurazione della proteina e cambiamenti della configurazione della proteina che sono dovuti al fatto che gli vengano introdotte o sottratte cariche, rappresentate da quel gruppo fosfato, che un insieme di cariche negative, che pu essere agganciato attraverso la spesa di energia, che deriva dalla rottura del legame ed lo stesso veicolo che lo trasporta. Attraverso la ripetizione di questo ciclo abbiamo appunto la esportazione di tre cariche e la introduzione di due con uno sbilancio di una che determina quindi il gradiente negativo con una conseguenza di -70 millivolt rispetto all'ambiente extracellulare.Abbiamo visto quindi il trasporto passivo di singole molecole, il trasporto passivo non elettrogenico pi di una specie molecolare, in questo caso quindi per mantenere un bilancio elettricamente neutro-->una situazione nella quale abbiamo un trasporto accoppiato tra quelle di un verso con quello esattamente contrario, nel quale appunto vogliamo realizzare una differenza di potenziale ai capi della membrana. Poi nel trasporto passivo abbiamo visto l'esempio delle specie non cariche e relativamente voluminose per il glucosio e il trasporto attraverso i canali ionici di specie cariche. Adesso tutto questo cerchiamo di impacchettarlo all'interno di una funzione pi complessa, nella quale tutti questi elementi lavorano in maniera organizzata per determinare una funzione, che nel caso specifico la contrazione della cellula cardiaca muscolare.Noi stiamo per vedere come varie specie di proteine di membrana interagiscono tra di loro per determinare la contrazione di una specie di tessuto muscolare , che dal punto di vista strutturale ha delle caratteristiche che sono rappresentate in questo schema. Cio una rete di miociti che sono tra di loro elettricamente connesse in maniera tale da potersi depolarizzare e contrarre in maniera sincrona in occasione di un impulso elettrico che viene determinato da cellule specializzate dell'organo del cuore. Si tratta di cellule, la cui contrazione la conseguenza dell'accorciamento dell'unit fondamentale, che provvede a questa operazione, che il sarcomero. Questa ripetizione in serie dei sarcomeri determina la tipica striatura delle cellule, che sono spesso anche multi-nucleate. Formano in realt una struttura che tecnicamente prende nome di sincizio, cio una serie di cellule unite (fuse) fra di loro che mantengono tutti i nuclei inerenti in una determinata zona(?) (guardare bene la definizione di sincizio che non si capisce bene cosa dica il prof). In una slaid possibile vere bene una visualizzazione in fluorescenza, determinata da una affinit chimica alle componenti fluoroescenti per le molecole, alle quali si fissano all'interno della cellula. Questo colorante un intercalente, cio stostanzialmente cio una molecola che ha affinit per i legami delle basi che si trovano nei filamenti che formano la struttura del DNA, quindi si concentra all'interno dei nuclei disegnandone il profilo. Stiamo per addentrarci in quella parte di corso in cui parleremo di metodologie di laboratorio per l'analisi delle cellule. Di fatti una cosa che forse non chiara e che la presentazione non ci permette di di dire, e che noi in realt spesso riferiamo ad una determinata componente subcellulare o ad una molecola un segnale che semplicemente un riferimento rispetto all'oggetto di nostro interesse, ma non esattamente l'oggetto in questione. Quindi noi qui diciamo, qui vediamo i due nuclei della cellula, in realt vediamo il segnale fluorescente, che viene emesso da una sostanza chimica che ha affinit per una molecola che altamente concentrata all'interno di quel compartimento, che ovviamente il DNA (l'acido desossiribonucleico). Quindi in questo caso noi facciamo una sovrapposizione delle due cose e quindi assumiamo che quello sia il nucleo, ma di fatto noi vediamo semplicemente la sovrapposizione sul nucleo della molecola in questione. Tutto questo ha una sua rilevanza come vedremmo di sottolinearlo perfettamente tutte le volte che parleremo di cose del genere perch noi trattiamo un segnale, che ha un carattere macroscopico in certe situazioni (dinamiche, di saturazione) con una strumentazione, che il pi possibile adeguata per poter fare le valutazioni, per poter poi riferire quel segnale ad un fenomeno molecolare che non esattamente la stessa cosa. Quindi dobbiamo sempre tener presente i due piani sui quali stiamo lavorando, soprattutto quando stiamo facendo delle valutazioni che oltre che essere solo qualitative, come in questo caso, debbono servirci per una quantificazione del fenomeno. Quindi esiste un qualche scollegamento con un indice di proporzionalit tra il segnale che valutiamo ed il fenomeno che effettivamente la cosa che ci interessa. In questa tecnica, che una fluorescenza, vediamo i nuclei e poi la cosa dalla quale ero partito era la striatura, che rappresentata dal fatto che in questo caso la molecola che emette la fluorescenza verde ha affinit per l'actina che forma i sarcomeri, e quindi si sovrappone nelle zone dove l'actina pi concentrata e di fatto ci da questa periodicit della struttura sarcomerica. Di fatto un veleno, un fungo-->l'amanita falloide, la falloidina che attraverso lo stesso meccanismo, che quello che induce la patologia cio la paralisi da avvelenamento, per blocco dell'attivit sarcomerica e in questo caso viene usata in laboratorio per fissarsi all'actina, dopo essersi coniugato con una molecola fluorescente , che si chiama fluorosceina. Spesso la troverete indicata con questa sigla ITC, che sta per isotiocianato, cio stabilizzazione chimica della molecola parentale. La fluorosceina il classico elemento, dalla quale poi sono stati derivati degli altri, emettente una fluorescenza di segnale verde, si eccita a 485 ed emette a 585, quindi ha due bande abbastanza distinte tra di loro. Questa tecnica viene largamente usata per misure che hanno a che fare sia con una caratterizzazione se vogliamo geografica della regione, che stiamo osservando, che possiamo, appunto, associare alle striature in questo caso, oppure misure che ci servono semplicemente per acquisire un segnale che cerchiamo piuttosto quantificare.Quindi questa struttura emergente, da questo tipo di approccio, la conseguenza della struttura della cellula, la quale contiene con periodicit queste organizzazioni. Questo uno schema che vediamo in sezione longitudinale della fibra. Ci significa che potremmo avere una sezione trasversa, e vedremmo invece la stessa struttura in un altro modo perch la sezione sarebbe differente, cio quella trasversale. Nel sarcomero abbiamo dei filamenti sottili, formati da actina, che si interdigitano con delle strutture che sono, invece, costituiti da dei filamenti di miosina. Adesso lo scorrere l'actina sulla miosina determina temporaneamente l'accorciamento. Ora il fenomeno si realizza in questi termini: noi abbiamo delle strutture di miosina, che si trovano sull'asse. Queste strutture sono dei cilindri proiteici, dei calici, fra i quali emerge una serie di teste, ovviamente qui vediamo in termini bidemensionale, ma se vedessimo l'altra dimensione avrei il tralicio di miosina nella quale spuntano in maniera elicoidale sulle corde di miosina. Le teste della miosina sono capaci di interagire con i filamenti di actina, e riescono a farlo solamente nei punti nei quali le subunit di actina, con le quali sono in grado di interagire, non sono occupate da un complesso multiproteico, che formato da queste altre proteine, che normalmente in condizioni di riposo (quindi quando il sarcomero rilassato) mascherano i siti dove la testa di miosina in grado di agganciarsi. Quando un complesso delle troponine e della tropomiosina viene dissociato dal solco, nel quale la miosina pu complessare l'actina, l'aggancio tra la testa della miosina e l'actina che si resa disponibile attiva la capacit della testa della miosina di idrolizzare ATP e di sfruttare quell'energia per fare un movimento in questa direzione e quindi tra