18. membrane biologiche

Membrane Biologiche
Membrane Biologiche
• Barriere per confinare sostanze o
attività in ambienti specifici.
– Confini Cellulari
– Organelli
• Costituite da lipidi e proteine.
Sistema di Endomembrane
Nucleo
• Delimitano i
compartimenti cellulari
Reticolo
Endoplasmatico
Perossisoma
Lisosoma
– Organelli
• Confinano le
differenti attività
della cellula.
• Mediano il trasporto
di metaboliti.
Apparato di
Golgi
Vacuoli
Mitocondrio
Membrana
Plasmatica
Organelli
• Nucleo e
Mitocondri hanno
Doppia Membrana
• Golgi, RE, Lisosomi
hanno
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.
Gruppo Idrofilico
Coda Idrofobica
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
Membrana
Esterno
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
Movimenti dei fosfolipidi nelle
membraneDiffusione laterale veloce
Movimento rotazionale veloce
Diffusione trasversale lenta
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 extracellulare (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
• I gas diffondono
rapidamente
gas
piccole
• Col tempo, piccole molecole
molecole
polari non cariche diffondono polari non
attraverso un bilayer lipidico cariche
• Molecole solubili nei lipidi
tendono a diffondere
• Grosse molecole polari non
cariche, molecole polari
cariche e ioni non permeano
O2
CO2
N2
glicerolo
etanolo
molecole
lipofile
ormoni
steroidei
grosse
molecole
polari
cariche
amino acidi
glucosio
nucleotidi
ioni
H+,Na+,
HCO3-,K+
Ca2+,Cl, Mg2+
bilayer
lipidico
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 nonpolari, 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 la
membrana 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
Fagocitosi
Trasporto di particelle visibili
al microscopio attraverso la
membrana
Pinocitosi
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.
2.
3.
I prodotti della cellula vengono racchiusi
nelle vescicole del Golgi
Le vescicole si fondono con la membrana
cellulare e
secernono il materiale fuori dalla cellula.