Membrane Biologiche

Membrane Biologiche

• Barriere per confinare sostanze o attività in ambienti specifici.

– Confini Cellulari

– Organelli

• Costituite da lipidi e proteine.

Sistema di Endomembrane

• Delimitano i compartimenti cellulari

– Organelli

• Confinano le differenti attivitàdella cellula.

• Mediano il trasporto di metaboliti.

Reticolo Endoplasmatico

Nucleo

Lisosoma

Perossisoma

Apparato di Golgi

Membrana PlasmaticaMitocondrio

Vacuoli

Organelli

• Nucleo e Mitocondri hanno Doppia Membrana

• Golgi, RE, Lisosomihanno Membrana Singola

Componenti della membrana

• Fosfolipidi, ANFIPATICI– Hanno caratteristiche sia idrofiliche sia idrofobiche.

• Colesterolo– Presente in molte membrane di cellule animali

– Stabilizza la membrana rendendola più o meno fluida.

Coda Idrofobica

Gruppo Idrofilico

DOPPIO STRATO LIPIDICO

• Condizione energeticamente favorevole in ambiente acquoso– Teste Idrofiliche, all’esterno– Code Idrofobiche, all’interno, non in contatto con l’acqua

• Il doppio strato lipidico si chiude spontaneamente su se stesso formando Compartimenti Stagni– Non ci sono mai estremità libere.

Micelle

• Porzione polare idrofilica verso l'esterno a

contatto con l’acqua

• Porzione apolare idrofobica verso l'interno,

respinge l’acqua

Modello del Sandwich• 1935, Davson e Danielli, studio della membrana dei globuli rossi.

• Doppio strato lipidico compreso tra due strati proteici.

• Rimasto valido fino agli anni ‘50.

Modello del Mosaico Fluido• Anni ‘50, microscopia elettronica rivela che la membrana plasmatica è uniforme e sottile, non più di 10 nanometri.

• Struttura trilaminare, due scuri ed uno chiaro.

Interno

Esterno

Membrana

Modello del Mosaico Fluido• Anni ‘60, paradosso delle proteine

– La loro purificazione dimostra non omogenee come si pensava

– Composizione e dimensioni molto variabili

– Alcune molto più grandi di quanto ipotizzato

• Come potevano costituire uno strato di soli 10 nanometri?

• Tutte piatte ed estese, struttura a foglietto ripiegato?

• In realtà molte hanno struttura globulare.

Modello del Mosaico Fluido

• Il Doppio Strato Lipidico contiene una serie di proteine, che possono posizionarsi in maniera variabile

• 1972, Singer e Nicholson

– Le proteine sono incastonate nel doppio strato lipidico, come tessere di un mosaico

– Non sono immobili, si possono muovere, come “iceberg che galleggiano in un fluido di lipidi”. (Nocciole del torrone)

Modello del Mosaico Fluido

Movimento rotazionale veloce

Diffusione laterale veloce

Diffusione trasversale lenta

Movimenti dei fosfolipidi nelle

membrane

Proteine di Membrana

• Le proteine costituiscono circa il 50% della massa della membrana.

• Sono gli esecutori di praticamente tutte le attività della membrana.– Proteine strutturali– Proteine funzionali

• Pompe• Canali• Recettori• Trasduttori del segnale• Enzimi

Proteine di Membrana

• Proteine Intrinseche– Strettamente associate alla membrana

– Sono Anfipatiche– Alcune attraversano completamente la membrana, altre solo in parte.

Proteine di Membrana

• Proteine Estrinseche– Non sono incluse nel doppio strato lipidico, ma sulla superficie interna o esterna.

– Interagiscono con le proteine intrinseche attraverso interazioni non-covalenti.

Proteine di Membrana

• Proteine “Estrinseche”– Legate a lipidi da legami covalenti.

– Legate a fosfolipide o acido grasso inserito in uno dei due foglietti.

Matrice Extra Cellulare (ECM)

• Secreta dalle cellule.

• Composta da gel di carboidrati e proteine fibrose.

• Collagene– Principale costituente strutturale dell’ECM;

– Forma fibre molto fitte.

• Fibronectine– Glicoproteine, organizzano la matrice servono come attacco per le cellule attraverso le Integrine.

Funzione delle proteine di membrana

• Ancoraggio– Integrine, ancorano la cellula alla matrice extra-cellulare (ECM).

• Trasporto Passivo– Canali che permettono il passaggio selettivo di ioni e molecole

• Trasporto Attivo– Pompano soluti attraverso la membrana;

– Richiede ATP

Funzione delle proteine di membrana

• Attività Enzimatica– Catalizzano reazioni che avvengono all’interno o sulla superficie della membrana.

• Trasduzione del segnale– Recettori che legano molecole segnale (ormoni) e trasmettono l’informazione all’interno della cellula.

Funzione delle proteine di membrana

• Riconoscimento cellulare– Antigeni, permettono il riconoscimento di cellule estranee all’organismo.

• Giunzione inter-cellulare– Proteine di adesione, legano le membrane di cellule adiacenti.

Permeabilità del bilayer lipidico

bilayerlipidico

• I gas diffondonorapidamente gas

O2CO2N2

piccolemolecolepolari non cariche

gliceroloetanolo

• Col tempo, piccole molecolepolari non cariche diffondonoattraverso un bilayer lipidico

grossemolecolepolaricariche

amino acidiglucosionucleotidi

ioniH+,Na+,HCO3

-,K+Ca2+,Cl, Mg2+

• Grosse molecole polari non cariche, molecole polaricariche e ioni non permeano

ioni

• Molecole solubili nei lipiditendono a diffondere

molecolelipofile

ormonisteroidei

Passaggio delle specie attraverso le membrane biologiche

Meccanismi di trasporto

� Diffusione passiva – semplice movimento da zone a

alta concentrazione a zone a bassa concentrazione.

La membrana non partecipa attivamente al processo.

E’ il metodo di trasporto di soluti non carichi e non-

polari, solubili nei lipidi di membrana.

Passaggio delle specie attraverso le membrane biologiche

Passaggio delle specie attraverso le membrane biologiche

Endocitosi – meccanismo attraverso il quale grandi molecole, frammenti di tessuto, batteri e altre particelle visibili al miscroscopio possono passare attraverso la membrana cellulare.

1. La sostanza entra in contatto con lamembrana e viene invaginata.

2. La membrana si chiude attorno alla sostanza formando un “sacchetto” che si separa e passa nella zona intracellulare

3. dove si disperde e rilascia il contenuto

Passaggio delle specie attraverso le membrane biologiche

Endocitosi

PinocitosiFagocitosi

Trasporto di particelle visibili al microscopio attraverso la membrana

Analogo alla fagocitosi ma con le particelle in soluzione

Passaggio delle specie attraverso le membrane biologiche

Esocitosi – è essenzialmente il meccanismo inverso all’endocitosi. E’ il metodo con il quale sostanze di scarto, muco e prodotti cellulari (ormoni e neurotrasmettitori) passano nello spazio extracellulare.

1. I prodotti della cellula vengono racchiusi nelle vescicole del Golgi

2. Le vescicole si fondono con la membrana cellulare e

3. secernono il materiale fuori dalla cellula.