Proprietà della membrana plasmaticaDelimita il citoplasma formando una barriera meccanicaDelimita il citoplasma formando una barriera meccanica

Controlla l’accesso dei soluti e dei solventi permettendo che le caratteristiche del citoplasma differiscano da quello dei liquidi esterni

Controlla l’accesso dei soluti e dei solventi permettendo che le caratteristiche del citoplasma differiscano da quello dei liquidi esterni

Risponde alla presenza di molecole segnale presenti all’esterno innescando reazione interne di risposta

Risponde alla presenza di molecole segnale presenti all’esterno innescando reazione interne di risposta

Permette l’entrata e l’uscita di macromolecole e strutture di dimensioni maggiori

Permette l’entrata e l’uscita di macromolecole e strutture di dimensioni maggiori

Presenta molecole specifiche che permettono alla cellula di essere riconosciuta, di aderire ad altre cellule e di comunicare con loro

Presenta molecole specifiche che permettono alla cellula di essere riconosciuta, di aderire ad altre cellule e di comunicare con loro

Le teste polari dei fosfolipidi sono idrofile (cercano l’acqua) e sono quindi rivolte verso l’interno e l’esterno della cellula a contatto con le soluzioni acquose

Le code apolari sono idrofobiche (sfuggono l’acqua) e sono rivolte verso l’interno della membrana

E’ fondamentalmenete costituita da un doppio strato fosfolipidico spesso circa 5-8 nm, contenete una grande varità di proteine, una piccola percentuale di glucidi e, nelle cellule animali, numerose molecole di colestrolo

Modello a mosaico fluido

Il legami di tipo apolare che si formano tra le lunghe catene di acidi grassi e assieme alla loro tendenza a sfuggire il mezzo acquoso forniscono grande stabilità alla membrana fosfolipidica

Il legami di tipo apolare che si formano tra le lunghe catene di acidi grassi e assieme alla loro tendenza a sfuggire il mezzo acquoso forniscono grande stabilità alla membrana fosfolipidica

Il doppio strato di fosfolipidi

I TRE TIPI DI FOSFOLIPIDI:FOSFOGLICERIDISFINGOLIPIDISTEROIDI

FOSFOGLICERIDI(il C 3 del glicerolo è legato ad un gruppo fosfato, che, a sua volta, si lega ad un gruppo polare:ColinaEtanolamminaGliceroloInositolo: coinvolto nella trasduzione SerinaTreoninaGli AG sono formati da 16, 18 0 20 atomidi carbonio. La maggior parte dei fosfogliceridi presenta un AG saturo lineare legato al C1 edun AG insaturo con uno o più doppilegami , legato al C2

SFINGOLIPIDI

Contengono , al posto delglicerolo, la sfingosinaLa sfingosina è un aminoalcoola lunga catena che contieneun gruppo amminico ed unoossidrilico.

il gruppo amminico è legato algruppo carbossilico di un AGformando un ceramideIl gruppo ossidrilico può esserelegato ad un ortofosfato, a suavolta esterificato con un aminoalcool:colina formando lasfingomielina

GLICOSFINGOLIPIDI(CEREBROSIDI E GANGLIOSIDI)

STEROLI: COLESTEROLO

Tra i fosfolipidi sono inserite molecole di colesterolo (in quantità variabile tra 0 e il 20% dei grassi). Il colesterolo dà particolari proprietà alle membrane fosfolipidiche impedendo ad esempio di irrigidirsi con l’abbassarsi della temperatura o di divenire troppo fluide al suo aumentare

Tra i fosfolipidi sono inserite molecole di colesterolo (in quantità variabile tra 0 e il 20% dei grassi). Il colesterolo dà particolari proprietà alle membrane fosfolipidiche impedendo ad esempio di irrigidirsi con l’abbassarsi della temperatura o di divenire troppo fluide al suo aumentare

La percentuale di colesterolo può essere variata nel tempo in relazione alle esigenze della cellula

La percentuale di colesterolo può essere variata nel tempo in relazione alle esigenze della cellula

I singoli fosfolipidi si muovono di continuo navigando tra gli altri e permettendo alla membrana plasmatica di deformarsi

I singoli fosfolipidi si muovono di continuo navigando tra gli altri e permettendo alla membrana plasmatica di deformarsi

Le teste idrofiliche del

foglietto esterno sono diverse da

quelle del foglietto interno. Per esempio, la fosfatidilserina, in una cellula

integra, si trova rivolta soltanto verso il citosol, mentre viene esposta sulla

superficie esterna quando

la cellula muore.

PERCHE’ LE MEMBRANE CELLULARI DEVONO ESSEREFLUIDE?

LA FLUIDITA’ PERMETTE ALLE

PROTEINE DIMEMBRANA DI

MUOVERSI

LA FLUIDITA’ DELLA MEMBRANA

PERMETTE LA FUSIONE DELLE MEMBRANE

BIOLOGICHE

Fattori che influenzano la fuidità di membrana:

TEMPERATURA : esiste una temperatura di fusioneal di sopr della quale il doppio strato lipidico è allo stato

fluido, mentre al di sotto i fosfolipidi di membrana vanno incontro ad un processo di gelificazione

COMPOSIZIONE IN AG DEI FOSFOLIPIDI:La fluidità delle membrane cellulari diminuisce all’aumentare

della lunghezza eal diminuire dell’insaturazionedegli AG presentio nei fosfolipidi

CONTENUTO DI COLESTEROLO:All’aumentare della temperatura la regione rigida e planare

degli steroidi, ostacola il movimento reciproco dei fosfolipidiAl diminuire della temperatura la stessa regione impedisce le inetrazioni

fta le code idrofobiche degli AGIL COLESTEROLO SI COMPORTA COME TAMPONE DI FLUIDITA’

LA SPECIFICITA’ FUNZIONALE ( adesione intercellualre,trasporto attivo, ricezioe di segnali di varia natura,

riconoscimento.....)delle membrane dei diversi distretti cellulari è assicurata dalla

componente proteica.

Tutte le membrane, incluse quella plasmatica si originano a livello del Reticolo Endoplasmatico Rugoso

Tutte le membrane, incluse quella plasmatica si originano a livello del Reticolo Endoplasmatico Rugoso È qui che le proteine di membrana

vengono sintetizzate e associate alla membrana

È qui che le proteine di membrana vengono sintetizzate e associate alla membrana

Per capire come questo avviene bisogna prima capire come la destinazione finale delle diverse proteine viene determinata

Per capire come questo avviene bisogna prima capire come la destinazione finale delle diverse proteine viene determinata

Le proteine vengono sintetizzate (utilizzando le informazioni degli RNA messaggeri) sia a livello dei ribosomi liberi (che si trovano nel citoplasma) sia a livello dei ribosomi associati alle membrane (reticolo endoplasmatico). La destinazione di queste proteine è differente a seconda di dove sono state prodotte

L’esatta destinazione delle diverse proteine dipende da una sequenza terminale che viene riconosciuta (e che poi viene staccata quando la proteina è stata trasportata alla sua destinazione)

L’esatta destinazione delle diverse proteine dipende da una sequenza terminale che viene riconosciuta (e che poi viene staccata quando la proteina è stata trasportata alla sua destinazione)

• Citoplasma (ad es. gli enzimi)

• Nucleo• Mitocondri• Perossisomi

• Proteine di membrana• Proteine secretorie

Ribosomi liberi

Ribosomi associati al

reticolo endoplasmatico

I ribosomi liberi e quelli legati al reticolo endoplasmatico producono proteine con destinazione differente

Proteine di membrana

- Intrinseche o integrali - Estrinseche o periferiche

Tra le proteine di membrana Intrinseche un caso particolare è rappresentato dalle proteine transmembranarie

PROTEINE DELLE MEMBRANE DEGLI ERITROCITI. Le due principali proteine di membrana dei globuli rossi, GLICOFORINAe PROTEINA della BANDA 3, sono esempi di proteine transmembrana

La maggior parte delle proteine intrinseche può muoversi in orizzontale liberamente scorrendo dentro la membrana

La maggior parte delle proteine intrinseche può muoversi in orizzontale liberamente scorrendo dentro la membrana

no

no

si

si

Sulla superficie (specie quella esterna) della membrana si trovano anche dei glucidi per lo più legati ai lipidi (glicolipidi) o alle proteine (glicoproteine). Il complesso di catene glucidiche costituisce il GLICOCALICE.

Per lo più essi servono da segnale di identità della cellula oppure reagiscono a specifiche sostanze dello spazio extracellulare

Sulla superficie (specie quella esterna) della membrana si trovano anche dei glucidi per lo più legati ai lipidi (glicolipidi) o alle proteine (glicoproteine). Il complesso di catene glucidiche costituisce il GLICOCALICE.

Per lo più essi servono da segnale di identità della cellula oppure reagiscono a specifiche sostanze dello spazio extracellulare

I principali tipi di proteine di membrana

Canali ionici Recettore

Enzima Ancoraggiodel citoscheletro

Esterno

Esterno

CARATTERISTICHE DI ASIMMETRIA DELLA MEMBRANA

MODIFICAZIONI DELLE MEMBRANE DELLEVARIE CELLULE : MIELINA

MODELLO UNITARIO DELLE MEMBRANE

Caratteristiche di permeabilità della membrana plasmatica

Se un solvente è più concentrato in un punto della soluzione esso tenderà a diffondersi lungo il gradiente di concentrazione, dalla parte più concentrata a quella meno concentrata

Se un solvente è più concentrato in un punto della soluzione esso tenderà a diffondersi lungo il gradiente di concentrazione, dalla parte più concentrata a quella meno concentrata

Diffusione

La membrana plasmatica costituisce una barriera alla diffusione delle molecole verso l’interno e verso l’esterno della cellula

La membrana plasmatica costituisce una barriera alla diffusione delle molecole verso l’interno e verso l’esterno della cellula

Le cellule dei tessuti sono circondate dal liquido extracellulare che è molto diverso per composizione e concentrazione di soluti rispetto al citoplasma

Le cellule dei tessuti sono circondate dal liquido extracellulare che è molto diverso per composizione e concentrazione di soluti rispetto al citoplasma

NB: La scala è logaritmica per cui quando ad esempio si passa da 10 -8 a 10 -6 la permeabilità diventa 100 volte maggiore

Caratteristiche di permeabilità del doppio strato fosfolipidico

In una membrana artificiale costituita da soli fosfolipidi:

• Passano facilmente le molecole liposolubili e idrofobiche (O2,

lipidi)

• Passano lentamente le molecole polari (H2O, CO2)

• Non passano le molecole cariche (ioni: K+, Na+, Cl-)

• A parità di solubilità nei lipidi le molecole piccole passano più facilmente delle grandi (H2O diffonde più rapidamente di

monosaccaridi o aminoacidi)

In sintesi la diffusione semplice attraverso una membrana fosfolipidica è un processo selettivo. Molecole piccole e apolari (quindi liposolubili e idrofobiche) diffondono molto velocemente (si dice anche la membrana è molto permeabile a queste sostanze).

In sintesi la diffusione semplice attraverso una membrana fosfolipidica è un processo selettivo. Molecole piccole e apolari (quindi liposolubili e idrofobiche) diffondono molto velocemente (si dice anche la membrana è molto permeabile a queste sostanze).

Al diminuire dell’affinità con i lipidi e all’aumentare della dimensione, rallenta la velocità di diffusione. Gli ormoni sessuali per esempio (che sono steroidi e quindi grandi molecole affini al colesterolo) impiegano ore per penetrare in tutte le cellule

Al diminuire dell’affinità con i lipidi e all’aumentare della dimensione, rallenta la velocità di diffusione. Gli ormoni sessuali per esempio (che sono steroidi e quindi grandi molecole affini al colesterolo) impiegano ore per penetrare in tutte le cellule

Gli ioni infine diffondono così lentamente che per la maggior parte dei processi si può considerare che la membrana sia non permeabile a queste molecole

Gli ioni infine diffondono così lentamente che per la maggior parte dei processi si può considerare che la membrana sia non permeabile a queste molecole

Altri meccanismi che regolano il passaggio di sostanze

La presenza di proteine associate alla membrana fa si che il passaggio di sostanze da e per la cellula sia regolato, oltre che dalla diffusione semplice, anche da diversi altri meccanismi

La presenza di proteine associate alla membrana fa si che il passaggio di sostanze da e per la cellula sia regolato, oltre che dalla diffusione semplice, anche da diversi altri meccanismi

• Diffusione semplice

• Diffusione facilitata (carriers e canali ionici)

• Trasporto attivo (pompe e carriers)

• Endocitosi ed esocitosi

• Captazione o endocitosi mediata da recettori

Diffusione facilitata

Molecole che non passano attraverso lo strato fosfolipidico, possono tuttavia attraversare la membrana plasmatica lungo il loro gradiente di concentrazione utilizzando speciali proteine ( che sono specifiche per ciascuna molecola)

Molecole che non passano attraverso lo strato fosfolipidico, possono tuttavia attraversare la membrana plasmatica lungo il loro gradiente di concentrazione utilizzando speciali proteine ( che sono specifiche per ciascuna molecola)

Non è richiesta energia perché ciò che spinge le molecole è la differenza di concentrazione dai due lati della membrana

Non è richiesta energia perché ciò che spinge le molecole è la differenza di concentrazione dai due lati della membrana

Permettono selettivamente il passaggio di un tipo di ione (ad es il canale per il potassio)

Permettono selettivamente il passaggio di un tipo di ione (ad es il canale per il potassio)

Sono utilizzati per far passare molecole più complesse (ad es il carrier per la cisteina)

Sono utilizzati per far passare molecole più complesse (ad es il carrier per la cisteina)

Canali ionici Carriers

I canali ionici sono di fondamentale importanza per il funzionamento della cellula nervosa

Ogni attività del sistema nervoso, dalla percezione di uno stimolo sonoro, al richiamo di una memoria precedente, all’esecuzione di un movimento della mano dipendono dal gioco combinato dei canali ionici che si trovano sulla membrana plasmatica

Ogni attività del sistema nervoso, dalla percezione di uno stimolo sonoro, al richiamo di una memoria precedente, all’esecuzione di un movimento della mano dipendono dal gioco combinato dei canali ionici che si trovano sulla membrana plasmatica

Alcuni canali (canali passivi) non cambiano la loro permeabilità. Alcuni canali (canali passivi) non cambiano la loro permeabilità.

CANALE A CONTROLLO DI LIGANDOEXTRACELLULARE:Risponde ad un messaggero extracellulare

CANALE A CONTROLLO DI LIGANDOEXTRACELLULARE:Risponde ad un messaggero extracellulare

CANALE A CONTROLLO DI LIGANDOINTRACELLULARE Risponde ad un messaggero intracellulare

CANALE A CONTROLLO DI LIGANDOINTRACELLULARE Risponde ad un messaggero intracellulare

CANALE A CONTROLLO DI POTENZIALE :Risponde ad un cabiamento elettrico

CANALE A CONTROLLO DI POTENZIALE :Risponde ad un cabiamento elettrico

CANALE A CONTROLLO MECCANICO:Risponde ad uno stimolo meccanico

CANALE A CONTROLLO MECCANICO:Risponde ad uno stimolo meccanico

Altri, i canali ad accesso variabile, possono variare la loro permeabilità in funzione di certi stimoli

Altri, i canali ad accesso variabile, possono variare la loro permeabilità in funzione di certi stimoli

Trasporto attivo Ci sono molti meccanismi diversi che presiedono al trasporto attivo

Ci sono molti meccanismi diversi che presiedono al trasporto attivo

Essi hanno in comune il fatto che: 1) Sono specifici per una data specie molecolare2) Richiedono energia perché trasportano contro

gradiente di concentrazione

Essi hanno in comune il fatto che: 1) Sono specifici per una data specie molecolare2) Richiedono energia perché trasportano contro

gradiente di concentrazione

L’energia può essere ottenuta

accoppiando il trasporto di una molecola contro

gradiente a quello di un’altra che segue il

suo gradiente di concentrazione

L’energia può essere ottenuta

accoppiando il trasporto di una molecola contro

gradiente a quello di un’altra che segue il

suo gradiente di concentrazione

ENERGIA (per il trasporto contro gradiente)

ATP(es: pompa sodio-potassio)

Co-trasporto(o trasporto accoppiato)

(es: glucosio-sodio)

La pompa sodio potassio serve a mantenere le concentrazioni interne degli ioni. Essa è di fondamentale importanza per il funzionamento del neurone

Per funzionare essa utilizza sia il meccanismo del trasporto accoppiato che l’energia dell’ ATP

Per funzionare essa utilizza sia il meccanismo del trasporto accoppiato che l’energia dell’ ATP

ENERGIA (per il trasporto contro gradiente)

ATP(es: pompa sodio-potassio)

Co-trasporto(o trasporto accoppiato)

Ad ogni ciclo della pompa entrano due ioni potassio (K+) ed escono tre ioni sodio (Na+)

Ad ogni ciclo della pompa entrano due ioni potassio (K+) ed escono tre ioni sodio (Na+)

Come effetto della pompa sodio-potassio, le concentrazioni di questi due ioni sono molto diverse all’interno e all’esterno della cellula

Come effetto della pompa sodio-potassio, le concentrazioni di questi due ioni sono molto diverse all’interno e all’esterno della cellula

Nel neurone ad esempio:

- il potassio è 20 volte più concentrato all’interno della cellula rispetto all’esterno

- il sodio è 10 volte più concentrato all’esterno

ENERGIA (per il trasporto contro gradiente)

ATP(es: pompa sodio-potassio)

Co-trasporto(o trasporto accoppiato)

Endocitosi ed esocitosi

Endocitosi: Una porzione del liquido extracellulare viene racchiusa a formare una vescicola

Endocitosi: Una porzione del liquido extracellulare viene racchiusa a formare una vescicola

Esocitosi: Il contenuto di una vescicola si riversa all’esterno mediante la fusione della membrana della vescicola con quella plasmatica

Esocitosi: Il contenuto di una vescicola si riversa all’esterno mediante la fusione della membrana della vescicola con quella plasmatica

Un meccanismo molto simile permette ai neuroni di liberare i loro neurotrasmettitori

Un meccanismo molto simile permette ai neuroni di liberare i loro neurotrasmettitori

Captazione o endocitosi mediata da recettori

Endocitosi mediata da recettori: alcune specifiche proteine (es clatrina) rivestono esternamente porzioni di M. plasmatica specializzate, chiamate fossette rivestite. Quando tutti i recettori sono saturati dalla molecola che deve essere recuperata, la fossetta si invagina e si forma una vescicola

Endocitosi mediata da recettori: alcune specifiche proteine (es clatrina) rivestono esternamente porzioni di M. plasmatica specializzate, chiamate fossette rivestite. Quando tutti i recettori sono saturati dalla molecola che deve essere recuperata, la fossetta si invagina e si forma una vescicola

Questo meccanismo è molto importante nelle sinapsi e serve al neurone pre-sinaptico per recuperare il neurotrasmettitore (ricaptazione)

Questo meccanismo è molto importante nelle sinapsi e serve al neurone pre-sinaptico per recuperare il neurotrasmettitore (ricaptazione)

RECETTORI DI MEMBRANA

ECOMUNICAZIONE

CELLULARE

Le tre classi più grandi di recettori di superficie sono recettori collegati a canali ionici, a proteine G e a enzimi

Sono coinvolti nella segnalazione Sinaptica rapida fra cellule eccitabili elettricamente

Agiscono indirettamente nella regolazione dell’attività di una proteina bersaglio separata legata alla membrana (enzima o canale ionico)

Quando sono attivati, o agiscono direttamente come enzimi o sonoDirettamente associati ad enzimi che attivano

RECETTORI ASSOCIATI A PROTEINE G

Le proteine G trasmettono i loro segnali sulla superficie interna della membrana cellulare. Il processo comincia quando su un recettore si lega il corrispondente

ormone o neurotrasmettitore, nell'esempio qui sopra l'adrenalina. Questo cambia la forma del recettore, che così si lega alla proteina G inattiva sul lato interno della membrana. Questo induce la proteina G ad espellere la sua molecola di GDP e a sostituirla con GTP. Il GTP fa cambiare la forma di un piccolo tratto di catena

(mostrato qui in rosso), questo rende instabile la proteina G che si rompe in due frammenti.

La subunità alfa viene liberata col suo GTP legato, e si muove lungo la membrana finché trova l'enzima adenilil ciclasi. La piccola catena alfa si lega all'enzima e lo attiva. L'adenilil ciclasi attivato produce molto AMP

ciclico che diffonde il segnale all'interno della cellula. Infine, il GTP nella subunità alfa attiva si rompe formando GDP, così la proteina G si può ricostruire per unione dei due frammenti che producono la forma

trimera inattiva, pronta per eseguire un altro ciclo.

AMP CICLICO

CALCIO

La fosfolipasi attivata taglia PI(4,5)P2 generando due prodotti:

inositolo 1,4,5-trifosfato (IP3) e diacilglicerolo.

IP3 è una piccola molecola solubile in acqua che lascia la membrana plasmatica e diffonde rapidamente nel citosol, dirigendosi verso il ER dove si lega ai canali del

Ca++ aprendoli. Diacilglicerolo resta immerso nella membrana e va ad attivare una proteina

chinasi C (PKC), Calcio-dipendente. L’aumento di Ca++ citosolico indotto da IP3 è essenziale per l’attivazione di PKC. PKC attivata fosforila proteine

bersaglio tesuto-specifiche.

QUAL’E’ LA FUNZIONE DELL’AMP CICLICO E DEL CALCIO?

SECONDI MESSAGGERI

attivazione della proteina chinasi dipendente da AMP ciclico (PKA)

Le proteine G sono bersagli di alcune tossine importanti dal punto di vista medico.

La tossina colerica, prodotta dal batterio che causa il colera.

IPERSTIMOLAZIONE DELLE PROTEINE GO

INIBIZIONE DELLE PROTEINE G

La tossina della pertosse, prodotta dal batterio che causa la pertosse.

Ca+2 ha la funzione di messaggero intracellulare ubiquitario.

• nella cellula uovo, un improvviso aumento della concentrazione di calcio citosolico si verifica in seguito alla fecondazione da parte di uno spermatozoo ed è responsabile dell’inizio dello sviluppo dell’embrione.• nelle cellule muscolari innesca la contrazione.• in molte cellule secretorie scatena la secrezione.

MOLTE AZIONI DEL CALCIO NELLE CELLULE ANIMALI SONO MEDIATE DA PROTEINE CHINASI DIPENDENTI DA

CA+2/ CALMODULINA

I SEGNALI EXTRACELLULARI

SONO MOLTO AMPLIFICATI

DALL’USO DI PICCOLI MEDIATORI

INTRACELLULARI E DI CASCATE

ENZIMATICHE.

SEGNALAZIONE TRAMITE RECETTORI DI SUPERFICIE COLLEGATI A ENZIMI

Sono proteine transmembrana il cui dominio citosolico invece di associarsi ad una proteina G ha un’attività enzimatica intrinseca o si associa direttamente con un enzima. Le proteine segnale extracellulari che agiscono tramite recettori tirosina chinasi consistono di fattori di crescita (EGF,FGF,HGF,VEGF….) e ormoni.

L’attivazione di un recettore tirosin chinasico dà luogo alla formazione

di un complesso intracellulare per la trasmissione del segnale. Ogni

tirosina fosforilata funge da sito specifico di legame per una proteina segnale diversa, e tutte propagano il segnale verso l’interno della cellula

Le varie vie di trasmissione del segnale interagiscono reciprocamente,

mettendo in grado le cellule di produrre una risposta adatta a una combinazione di segnali complessa.

Alcune combinazioni significano per la cellula che deve continuare a

vivere, altri che deve riprodursi; in assenza totale di segnali quasi tutte le

cellule si suicidano