Download - Membrana struttura e funzione
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