Transcript Membrane_biologiche

Membrane biologiche
• Isolamento
• Comunicazione
• Formazione compartimenti: distribuzione del lavoro
cellulare
• Supporto per ancorare molecole
• 1935 Ipotesi di Danielli- Davson: membrana
come un “sandwich”
1972 Ipotesi Singer e Nicolson:
modello a mosaico fluido
La membrana analizzata con “freeze
fracture”
Membrane biologiche: lipidi
•Fosfogliceridi
•Sfingolipidi
•Colesterolo: solo negli eucarioti
Struttura dei Glicolipidi
DOPPIO STRATO
• Fluido bidimensionale
• La fluidità si studia su LIPOSOMI o
DOPPI STRATI SINTETICI
LIPOSOMI
DOPPIO STRATO SINTETICO
Coesistenza di parti polari ed apolari: in acqua
assumono posizione ordinata in maniera
spontanea
•
Il foglietto fosfolipidico è stabile e fluido
1) Legami elettrostatici deboli tra le teste
STABILITA’
polari
2) Interazioni idrofobiche
1) Assenza di legami covalenti
FLUIDITA’
2) Dipende da temperatura
3) Lunghezza delle code degli acidi grassi e
loro insaturazione
I lipidi ruotano e traslano sullo stesso piano di
membrana, ma difficilmente cambiano strato
Fluidità del doppio strato
• Composizione es. acidi grassi saturiinsaturi
• Temperatura
• Presenza di colesterolo
Il colesterolo:
1- ad alta temperatura evita eccessiva fluidità
2- a bassa temperatura impedisce la fase di gel delle
membrane
Asimmetria
Diversa distribuzione dei lipidi nei 2 strati
INTERNO: fosfatidiletanolammina, fosfatidilserina,
fosfatidilinositolo
ESTERNO: fosfatidilcolina, sfingomielina
• Asimmetria nasce in fase di sintesi nel RE
• Flippasi mantenengono concentrazioni
diverse di P-lipidi
ZOLLE LIPIDICHE
Meno fluidi: RAFT (glicosfingolipidi, colesterolo)
CAVEOLAE, invaginate, associate ai processi di
trasduzione del segnale
Caveolae caratterizzate dalla proteina caveolina
Membrane biologiche: proteine
Funzioni delle proteine di membrana
Membrane diverse esprimono proteine diverse  funzioni diverse
Alcune proteine si possono muovere nel doppio strato
Associazione di proteine di membrana
con un bilayer lipidico
Schema di proteine di membrana in un
doppio strato lipidico
Proteine periferiche di membrana
• Non incorporate, legate debolmente a proteine
o fosfolipidi
• Rimosse senza distruggere la struttura del
doppio strato
Proteine integrali di membrana
• Attraversano il doppio strato
• Rilasciate se viene distrutto il doppio strato con
detergenti
Le a- eliche transmembrana sono costituite da 20-25
aminoacidi la maggior parte dei quali idrofobici.
Struttura tipica delle PORINE
Batteri, cloroplasti e mitocondri
Proteine ancorate ai lipidi
• Sono legate covalentemente con
molecole lipidiche del doppio
strato, sia nel versante interno
che in quello esterno
• La membrana è collegata dal lato
citoplasmatico a un CORTEX proteico
DOMINI DI MEMBRANA
Mobilità delle proteine limitata dalla loro associazione
con il citoscheletro
Anche i lipidi possono influenzare la motilità delle
proteine (zolle lipidiche)
IL GLICOCALICE: carboidrati
Catene oligosaccaridiche ramificate o lineari: 260 unità monosaccaridiche
Solo versante extracellulare
Glico-lipidi e glicoproteine: segnale di
riconoscimento nell’interazione tra cellule
Nelle glicoproteine la parte glucidica si lega alle
proteine nel RER (legame N-glicosidico) e subisce
modificazioni nell’apparato di Golgi (legame Oglicosidico)
ASIMMETRIA
FOSFOLIPIDI: fosfatidilcolina e sfingomielina
strato esterno, P-lipidi con carica negativa o neutra,
strato interno
PROTEINE
GLICOLIPIDI E GLICOPROTEINE
ALL’ESTERNO
I TRASPORTI DI
MEMBRANA
REGOLAZIONE DEL FLUSSO DI IONI
E MOLECOLE TRA INTERNO E
ESTERNO DELLE CELLULE
MEMBRANA SELETTIVAMENTE
PREMEABILE
LA MEMBRANA E’ SEMIPERMEABILE
TRASPORTO PASSIVO
TRASPORTO ATTIVO
Diffusione semplice: attraverso la componente
lipidica. Segue gradiente di concentrazione.
Importanti le dimensioni e lipoflia del composto e la
temperatura
OSMOSI: la diffusione di acqua attraverso le
membrane (da una solux più diluita ad una più
concentrata)
Nei tessuti animali le cellule sono immerse in un fluido ricco
di soluti (Na+ e Cl-) che bilancia la concentrazione dei soluti
all’interno della cellula
Diffusione facilitata:
• Proteine Vettore: cambia forma,
trasferisce molecole idrosolubili
• Canali ionici: poro idrofilico, gli
ioni si adattano al poro
TIPI DI TRASPORTO
Differenza di concentrazione tra i due lati della membrana
Ogni membrana ha la sue proteine vettore
Ogni vettore è selettivo e generalmente trasporta un solo
tipo di molecola
Proteine vettore
Trasporto secondo gradiente di concentrazione
Trasporto di zuccheri, amminoacidi, nucleosidi…
Trasportatore del glucosio
• 12 segmenti alfa elica transmembrana
• Appena entrato nella cellula il glucosio
viene fosforilato a glucosio-6-P
Proteine Canale
1-Pori aperti, es. porine, acquaporine
2-Canali ionici, selettivi e trasporto molto rapido
Canali ionici: non sono sempre aperti; controllati da
neurotrasmettitori , cambi di potenziale elettrico o
stimolo meccanico
La selettività dipende dall’interazione tra ioni e
pareti dei pori
• Potenziale di membrana esercita una forza sulle
molecole cariche
• Lato citoplasmatico: potenziale negativo
• Gli spostamenti di un soluto carico: gradiente di
concentrazione e dal potenziale elettrico:
gradiente elettrochimico
TRASPORTO ATTIVO
CONTRO GRADIENTE DI
CONCENTRAZIONE: necessarie energia e
proteine
• Tra gli ioni che vengono trasportati: Na+,
K+, Ca2+
• Molecole: amminoacidi, glucosio, altri
zuccheri
Pompa sodio-potassio
Equilibrio osmotico c. animale
Produce un potenziale elettrico
Gradiente elettrochimico: gradiente di concentrazione + gradiente
elettrico
Cellule vegetali, funghi e batteri non hanno pompa
Na+/K+, hanno pompe protoniche che creano un
gradiente di H+ (batteri assumono zuccheri con simporti
di H+)
IONE Ca2+
• Ca2+ < nel citoplasma rispetto all’esterno.
Abbondante nel REL
• Ca2+ innesca vari eventi cellulari (secrezione di
molecole segnale, contrazione muscolare …)
• Pompe Ca2+: membrana (Ca2+ fuori dalla
cellula) e reticolo endoplasmatico (Ca2+ nel
reticolo)
Pompe H+
• Es. pompa H+/K+ delle cellule parietali
gastriche serve per acidificare i fluidi
gastrici
• Bersaglio di farmaci usati per il trattamento
dell’ulcera gastrica
• Presenti anche nei lisosomi, negli
endosomi, nei batteri, nei lieviti
Trasporto attivo
il Trasporto attivo primario e le 4 classi di proteine di
trasporto ATP-dipendenti.
Le pompe della classe P sono costituite da 2 peptidi, a e b, e passano in uno stato
fosforilato (subunità a) durante il ciclo di trasporto.
.
Le pompe delle classi F e V
Usano ATP ma non vengono fosforilate
Per ogni ATP consumato trasportano H+ contro gradiente elettrochimico
Le proteine ABC
Procarioti: trasporto ioni, AA,zuccheri
Eucarioti: sostanze tossiche fuori da cellula
MDR (multidrug-resistence transport protein) presenti nelle cellule, ma iper-espressi nelle c. tumorali
Proteina CFTR, canale per il cloro (mutazione:fibrosi cistica)
TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO
• Il gradiente di Na+ può alimentare il trasporto
attivo del glucosio: trasportatori accoppiati
• Co-trasporto glucosio-Na+
• Na+ più abbondante fuori dalla cellula, K+
dentro e la cellula deve bilanciare le
cariche positive e negative
• Na+ è bilanciato dal Cl- e il K+ è bilanciato
da ioni intracellulari a carica negativa
(anioni)