Modello a mosaico fluido di Singer e Nicholson (1972)

1) mosaico

Sono presenti due classi di proteine di membrana:

• le proteine integrali o intrinseche di membrana immerse nello doppio strato lipidico.

• le proteine periferiche o estrinseche, più idrofile e localizzate sulla superficie della membrana sul versante interno o esterno.

2) fluido

• La maggior parte dei componenti lipidici di una membrana è in costante movimento.

• Le proteine di membrana sono in grado di spostarsi lateralmente ad eccezione di quelle ancorate ad elementi strutturali del citoscheletro.

Le componenti della membrana

I lipidi, fosfolipidi e colesterolo, costituiscono la

parte idrofobica della membrana e le conferiscono

stabilità e fluidità.

Le proteine di membrana possono avere svariate

funzioni: enzimi, trasportatori o recettori

Sul versante esterno della membrana sono presenti

carboidrati, associati a lipidi o a proteine, che

permettono il riconoscimento e l’adesione tra

cellule.

I lipidi: fosfolipidi

• I fosfolipidi di membrana sono molecole anfipatiche, con una testa polare idrofilica ed una

coda idrofoba

I lipidi: fosfolipidi

•I lipidi di membrana si assemblano spontaneamente in

doppio strato se posti in acqua

• Le membrane naturali si chiudono spontaneamente

I lipidi: colesterolo

Effetti del colesterolo sulle membrane:

1. Aumenta le proprietà di barriera permeabile a piccolemolecole del doppio strato lipidico, stabilizzandolo.

2. Inibisce possibili transizioni di fase: insinuandosi fra lecatene idrocarburiche, ne riduce la mobilità rendendo ildoppio strato meno fluido e impedendo anche allecatene di idrocarburi di avvicinarsi e cristallizzare.

3. Favorisce l ’ ancoraggio di molecole di superficie,allontanando le teste polari

• Le membrane biologiche contengono sempre proteine

• Le diverse proteine delle membrane sono fondamentali per

determinarne le diverse funzioni

• 30% geni nel genoma codifica per TMP

• 50% dei target di farmaci sono protein di membrana

• Le proteine di membrana possono essere dotate di:

• Regioni idrofile, che sporgono all’esterno della membrana

• Regioni idrofobe, che passano attraverso il doppio strato

lipidico

Le proteine

• Molecole più o meno

complesse di carboidrati si

trovano sulla superficie

esterna delle membrane

cellulari e fungono da siti di

riconoscimento

• I carboidrati sono legati

covalentemente a componenti

della membrana, ovvero a

lipidi o a proteine di

membrana

• GLICOLIPIDI: unita’ polisaccaridiche legate a lipidi di

membrana, di solito sporgono all’esterno

• GLICOPROTEINE: oligosaccaridi legati a proteine di membrana

I carboidrati

Funzioni delle membrane

• Le membrane biologiche non sono barriere

impermeabili (la cellula non è un sistema

isolato) ma selettivamente permeabili

• Circa il 65% dell ’ energia metabolica a

disposizione della cellula eucariotica è

impiegata nel trasporto di membrana

1) Contorno e barriera di permeabilità

Le cellule eucariotiche sono dotate di un sistema di

membrane interne che ne determina la

compartimentalizzazione. Ciò implica:

• aumento della superficie di reazione

• formazione di microambienti

• suddivisione delle funzioni all’interno della cellula

2) Organizzazione e localizzazione della funzione

3. Il trasporto attraverso la membrana plasmatica

Le sostanze attraversano le membrane cellulari tramite

• processi passivi: la sostanza attraversa la membrana secondo il

gradiente di concentrazione, utilizzando solo la propria energia di

movimento;

• processi attivi: l’energia cellulare, sotto forma di ATP, viene utilizzata

per spingere la sostanza attraverso la membrana contro il gradiente

di concentrazione.

13/11/11

TRASPORTO PASSIVO: secondo gradiente di

concentrazione

Diffusione di acqua attraverso una membrana a permeabilità

selettiva (permeabile al solvente ma non al soluto)OSMOSI

•A differenza di quanto avviene nel

trasporto passivo, nel trasporto

attivo è richiesta una spesa

energetica ed è sempre necessaria

la mediazione di un trasportatore.

• In questa forma di trasporto le

molecole si muovono contro un

gradiente elettrico, chimico o

elettrochimico.

Trasporto attivo:

D. Trasporto primario

E. Trasporto secondario

TRASPORTO ATTIVO

TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO CONSUMA ATP

DIRETTAMENTE: la pompa Na+/K+ ATPasi

Mantenimento pressione osmotica e creazione gradiente Na+

TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO SFRUTTA un gradiente

precostituito: i trasportatori del glucosio

Tipi principali di proteine di trasporto

CANALI: trasportano H2O e specifici tipi di ioni secondo gradiente di concentrazione. Le proteine che li compongono formano dei canali che attraversano la membrana. Sono di solito regolati da stimoli specifici.

TRASPORTATORI: legano ioni o molecole specifiche. Il legame con la molecola trasportata provoca un cambiamento conformazionale e quindi il passaggio.

- Uniporto - Simporto - Antiporto

POMPE: usano l’energia da idrolisi dell’ATP per spostare ioni o molecole contro gradiente di concentrazione

Endocitosi ed esocitosi

Le molecole di grandi

dimensioni (come

proteine e polisaccaridi)

possono attraversare

la membrana

plasmatica in entrata

e in uscita grazie

all’endocitosi oppure

grazie all’esocitosi.

Endocitosi

Esocitosi

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La dinamicità della membranaLe membrane cellulari si formano, si spostano, si

fondono e si spezzano costantemente.

4. Rilevamento di segnali

Alcune proteine di membrana fungono da recettori: il legame a molecole specifiche determina, all’interno della cellula, una risposta specifica detta «trasduzione del segnale»

5. Comunicazioni cellula-cellula