la membrana plasmatica
globuli
rossi
I globuli rossi
rappresentano un
sistema ideale
per lo studio
della membrana
plasmatica
Plasmalemma di globulo rosso
8-10nm
Due membrane adiacenti
Cellula 1
Membrana
Spazio
intercellulare
Cellula 2
Membrana plasmatica: Generalità
• Costituisce il limite esterno della
cellula e svolge funzioni di:
– Isolamento fisico
– Regolazione degli scambi
– Sensibilità
– Supporto strutturale
Struttura della membrana
(modello a mosaico fluido)
Fluido extracellulare
canale
proteine
Doppio strato
fosfolipidico
Citoplasma
Membrana plasmatica: Struttura
• Composta principalmente di
–
–
–
–
Fosfolipidi
Proteine
Glicolipidi
Colesterolo
• Precisa organizzazione strutturale
– Doppio strato fosfolipidico
– Proteine intrinseche ed estrinseche
Membrana plasmatica
I grassi saturi sono in
genere solidi, sono
presenti nel tuorlo
dell'uovo, nel latte e nei
suoi derivati e nei grassi
animali, specie nelle
frattaglie. Nel mondo
vegetale sono presenti
nell'olio di palma e nella
margarina.
I grassi insaturi si
dividono a loro volta in
monoinsaturi (un solo
doppio legame, l'olio
d'oliva) e polinsaturi (due
o più, l'olio di girasole).
Normalmente sono liquidi.
Colesterolo
Membrana plasmatica
intra-extra
• la membrana plasmatica separa
l’interno della cellula dallo spazio
extracellulare
• il fluido che riempie la cellula
(citosol) ha una composizione
diversa dal fluido extracellulare
Fluido extracellulare
Citosol
Na+
K+
alcune componenti si
trovano in concentrazioni
maggiori all’interno della
Consistenza
cellula
altre sono più concentrate
simile a uno
nello spazio extracellulare
lipidi
“sciroppo” o
una gelatina
carboidrati
Proteine e
aminoacidi
a
in che modo vengono
generate e mantenute
le differenti concentrazioni
di sostanze fra ambiente
extracellulare e citosol?
Quali meccanismi regolano il
movimento di “sostanze” fra due
compartimenti qualsiasi?
diffusione semplice
se molte “sostanze” sono concentrate in una zona…
…e il passaggio dall’una all’altra è libero...
…le sostanze tenderanno rapidamente a distribuirsi in
numero approssimativamente uguale in entrambe le zone
La diffusione semplice
è il movimento netto di sostanze da
un’area a concentrazione maggiore
a un’area a concentrazione minore
diffusione facilitata
osmosi
Per comprendere meglio l’osmosi,
torniamo per un momento al
meccanismo di diffusione semplice,
immaginando di condurre un piccolo
esperimento...
questo recipiente è diviso in due da un
filtro e contiene, nel comparto di sinistra,
un’alta concentrazione di una sostanza in
grado di attraversare il filtro.
questa è
la diffusione
semplice
l’equilibrio di concentrazione viene
ristabilito dal rapido passaggio di tale
sostanza attraverso la membrana.
Il filtro che divide questo recipiente,
invece, non consente il passaggio di
detta sostanza (le sue maglie sono
troppo fini).
l’equilibrio di concentrazione viene
ristabilito grazie al passaggio di
acqua (solvente) dal compartimento
di destra a quello di sinistra.
questa è
l’osmosi
Osmosi
E’ la diffusione delle molecole d’acqua
(solvente) attraverso una membrana
Si verifica attraverso una membrana
permeabile all’acqua ma non ai soluti
Per osmosi, l’acqua attraversa una
membrana verso il comparto a maggiore
concentrazione di soluti
Torniamo alla cellula...
.. e al passaggio di
sostanze fra i due
lati della membrana
plasmatica
Diffusione semplice
Fluido extracellulare
la diffusione attraverso la
membrana può avvenire
attraverso il doppio strato
fosfolipidico... ... oppure
attraverso i
canali proteici
Citoplasma
sostanze polari come
Quali sostanze “passano”
l’acqua e piccoli ioni
molte sostanze,
devono invece utilizzare
per diffusione
semplice?
tuttavia, non possono
attraversare la
membrana senza un
“aiuto” speciale...
specifici canali proteici
Glucosio
Acqua
Alcool,
alcune sostanze dotate di liposolubilità
attraversare il
H2come
O l’alcol possono
Citoplasma
“sigillo” idrofobo rappresentato
dalle
code apolari dei fosfolipidi
Processi passivi:
diffusione facilitata
• Certi composti (troppo grandi per
passare attraverso i canali di
membrana) possono essere
passivamente trasportati da
PROTEINE VETTRICI
Diffusione
facilitata 1
Aggancio
della
molecola
alla
proteina
vettrice
Diffusione
facilitata 2
Liberazione
della
molecola
nel
citoplasma
schema riassuntivo della diffusione
Osmosi e cellule
• Oltre ai soluti, anche il solvente della
materia vivente, l’acqua, diffonde da un
lato all’altro della membrana plasmatica.
• L’acqua è spinta in un senso o nell’altro
dall’eventuale presenza di pressione
osmotica, creata dalla differenza di
concentrazione di soluti che non
attraversano la membrana
• Questo effetto ha risvolti importanti, per
esempio, in seguito a rapide variazioni di
concentrazione del plasma sanguigno...
Osmosi e
globuli
rossi
• se il fluido extracellulare è...
– Ipotonico
– Isotonico
– Ipertonico
• L’effetto sui
globuli rossi è...
Emolisi
Nessuno
Dentellatura
Osmosi e globuli rossi
• diffusione (semplice e facilitata)
e osmosi sono
processi di trasporto
passivi
in quanto non
implicano un
dispendio
energetico
Processi di
trasporto attivo
• Richiedono molta energia, ma…
• Consentono di spostare sostanze
contro un gradiente
(di concentrazione, elettrico, ecc.)
Pompa di
scambio
sodiopotassio
Pompa di
scambio
Na-K
3 Na +
2K+
ATP
ADP
La presenza di pompe ioniche
provoca...
Na+
Na+
K+
Pompa
sodio-potassio
Canale per
il sodio
proteina
proteina
Canale per
il potassio
K+
distribuzione asimmetrica di ioni
Cl-
i canali di membrana
Na+ Cl dagli
sono attraversati
+
Na
ioni passivamente, a
seconda
+ dei loro
+ gradienti
Na
Na+
Cl-
Na
K+
K+
K+
Na+
Cl-
K+
K+
+
K
le pompe ioniche
Na+
K+
K+
proteina
determinano e mantengono
K+
gradienti di concentrazione
K+
K+
ai due lati della membrana
proteina
Cl-
Canali Ionici
Pompe Ioniche
Potenziale transmembrana
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
- - +
+ - - - +
+ La asimmetria nella
- -70 mV distribuzione di ioni carichi elettricamente è all’origine di
una differenza di potenziale
fra i due lati della membrana
che si trova normalmente in
tutte le cellule
Funzione della pompa Na+-K+-ATPasi
Produzione di un potenziale elettrico ai 2 lati della
membrana che rappresenta il presupposto per la
conduzione degli stimoli elettrici da parte delle cellule
nervose e e muscolari
L’impulso nervoso consiste in
una variazione transitoria del
potenziale di membrana a riposo
In condizioni di riposo..
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
- - +
+ - - - +
+ - -70 mV
-
Se un neurone viene in qualche modo stimolato, la
membrana plasmatica diventa permeabile agli ioni
Na+, che entrano dentro la cellula in grande
quantità; il flusso di ioni Na+ provoca un'inversione
di polarità: all'interno della membrana c'è ora un
eccesso di carica positiva, ed all'esterno una
carenza di carica positiva: la membrana si
depolarizza, fino ad assumere un potenziale di +50
mV ,detto potenziale
d'azione.
+
+
+
-
+ 50 mV
Una volta insorto, il potenziale d'azione si propaga da dove
è stato applicato lo stimolo alla zona di membrana
successiva, causando la sua depolarizzazione, quindi la
trasmissione dell'impulso nervoso. La depolarizzazione della
membrana continua lungo tutta la fibra nervosa grazie a
continui flussi di ioni che spostandosi da un lato all'altro
della membrana mantengono il potenziale d'azione, così il
potenziale d'azione si propaga per tutto l'assone.
Cellula nervosa
assone
Sindrome del QT lungo
Disturbo cardiaco che rappresenta una delle
principali cause di morte improvvisa nei primi 20
anni di vita, che colpisce in Italia un nato ogni 4000
La Sindrome del QT Lungo (LQTS) è un disordine del
sistema elettrico del cuore
Tale sistema è responsabile della genesi del battito
cardiaco che consta di due fasi:
•l’ingresso di una corrente di SODIO nel cuore, che avvia il
battito cardiaco e
• l’uscita di una corrente di POTASSIO, che riporta il cuore
in condizioni di riposo.
COS’E’ LA SINDROME DEL QT LUNGO?
La LQTS si verifica quando vi sono alterazioni in queste
correnti di ioni e, pertanto, il tempo richiesto alla
componente elettrica del cuore per ritornare a riposo e’
maggiore del normale.
L’abnorme durata di quest’ultima fase si presenta
all’elettrocardiogramma (ECG) con un prolungamento
dell’intervallo QT (uno degli intervalli di tempo dell’ECG)
Il cuore subisce una specie di 'guasto elettrico', con un
'tilt' del meccanismo che ha il compito di ricaricare
l'organo dopo ogni battito. In gergo medico ''il cuore di
questi malati ha un tempo di ripolarizzazione
(intervallo QT) anomalo, da qui il nome di sindrome
del QT lungo.
La maggior parte degli intervalli QT rappresentano il tempo,
durante un singolo battito cardiaco, nel quale il ventricolo si
comincia a ripolarizzare (ricaricare) per il successivo battito.
Un prolungamento dell’intervallo
QT induce una maggiore
instabilità elettrica cardiaca
L’anomalia elettrica cardiaca predispone le persone affette a
perdite di coscienza (sincopi e svenimenti improvvisi) e aritmie
(irregolarità del battito cardiaco), che possono causare anche
morte improvvisa.
Le cause
Le anomalie cardiache sono causate da alterazioni di
alcune proteine responsabili del trasporto degli ioni
potassio e sodio attraverso la membrana delle cellule
cardiache. Questo scambio di ioni determina l’attività
elettrica del cuore, il cosiddetto potenziale d’azione. La
presenza di un difetto genetico determina un’anomalia
di tali scambi ionici e quindi l’alterazione
dell’elettrocardiogramma.
Finora sono stati identificati almeno 5 geni le cui
mutazioni causano LQTS:
GENE - KCNQ1 o KvLQT1
CROMOSOMA - 11
PRODOTTO - canale per potassio
PATOLOGIA - LQT1
Sindrome di Jervell e Lange-Nielsen
sordità neurosensoriale congenita
autosomica recessiva
GENE - KCNE1
CROMOSOMA - 21
PRODOTTO - canale per potassio
PATOLOGIA - LQT5
GENE - SCN5A
CROMOSOMA - 3
PRODOTTO - canale per sodio
PATOLOGIA - LQT3
GENE - KCNE2
CROMOSOMA - 21
PRODOTTO - canale per potassio
PATOLOGIA - LQT6
GENE - KCNH2 o HERG
CROMOSOMA - 7
PRODOTTO - canale per potassio
PATOLOGIA - LQT2
Come si trasmette
Ereditarieta’ autosomica dominante una persona
affetta ha un rischio pari al 50% di trasmettere la
patologia ai propri figli, indipendentemente dal loro
sesso.
Penetranza incompleta non tutti i soggetti che
possiedono l’alterazione genetica manifestano i
sintomi e i segni della patologia
La diagnosi
Il primo accertamento utilizzato nella diagnosi è
l’elettrocardiogramma, necessario per valutare la
durata dell’intervallo QT: - nel 60-70% delle persone
affette l’elettrocardiogramma permette di rilevare un
intervallo QT allungato; -in circa il 12% dei pazienti
l’intervallo QT a riposo è normale; - nei restanti
pazienti l’intervallo QT è apparentemente normale, o
solo lievemente superiore alla norma.
All’elettrocardiogramma devono seguire
un’attenta valutazione ed ulteriori accertamenti!!!
Terapia farmacologica:
Terapia
- I farmaci betabloccanti sono il cardine della terapia, e ciò risulta a
tutt’oggi valido per un grande numero di pazienti. Si ritiene che tali
farmaci siano efficaci nella prevenzione dei sintomi e della morte
improvvisa in circa l’80-90 % dei pazienti. I betabloccanti non
accorciano l’intervallo QT, ma vengono somministrati allo scopo di
rallentare il battito cardiaco, diminuendo, così, il rischio che si
scatenino aritmie.
Defibrillatore - funzione di interrompere un’aritmia pericolosa
per la vita, riportando il cuore al ritmo normale con una scarica
elettrica
I portatori dei difetti genetici devono evitare farmaci che
agiscono come bloccanti dei canali del potassio quali, per
esempio, alcuni antibiotici, antistaminici, regolatori della
motilita’ gastrica, antidepressivi. Devono altresi’ ridurre
l’esposizione a fattori di rischio quali l’esercizio fisico intenso
e l’attivita’ sportiva competitiva
FIBROSI CISTICA (FC)
La fibrosi cistica (o mucoviscidosi) è una malattia genetica, il cui
difetto di base consiste nella produzione di una proteina alterata
chiamata CFTR.
La proteina prodotta da CFTR è un canale che normalmente
trasporta il cloro e il sodio (e conseguentemente l'acqua)
attraverso le membrane cellulari.
Lo squilibrio ionico è causato da un'alterazione della secrezione
da parte delle cellule epiteliali di ioni cloro e un conseguente
maggior riassorbimento di sodio e acqua.
Il risultato e’ la secrezione di un muco denso e vischioso che
determina un danno progressivo degli organi coinvolti.
Le ghiandole sudoripare producono inoltre una secrezione ricca di
sali.
Cos’e’ la Fibrosi cistica
FACIES
ECCESSIVA PRODUZIONE DI SECREZIONI DENSE.
Malassorbimento
cronico che comporta incapacita’ di crescere
normalmente(deficit della secrezione degli enzimi pancreatici e
quindi insufficiente digestione delle proteine e grassi).
Frequenti
infezioni del tratto respiratorio da semplici
raffreddori a polmoniti (ostruzione delle vie respiratorie minori da
parte di un muco denso e loro colonizzazione da parte di batteri).
SECREZIONE DI NaCl NEL SUDORE(TEST DIAGNOSTICO)
Dal punto di vista clinico, la fibrosi cistica è una malattia
cronica: ciò significa che la persona che ne è affetta ha la
malattia per tutta la vita.
Negli organi interessati, le secrezioni mucose, essendo
anormalmente viscide, determinano un'ostruzione dei dotti
principali, provocando l'insorgenza di gran parte delle
manifestazioni cliniche tipiche della malattia, come la
comparsa di infezioni polmonari ricorrenti, di insufficienza
pancreatica, di stati di malnutrizione, di cirrosi epatica, di
ostruzione intestinale e di infertilità maschile.
Il 97-98% dei maschi adulti ha un liquido seminale più denso
che non permette agli spermatozoi di muoversi liberamente
ed adempiere al proprio dovere fecondando l'ovulo poiché
intrappolati dalla densità del liquido stesso, di conseguenza
si ha infertilità.
All'alterazione della proteina consegue un'anomalia del trasporto di sali che
determina principalmente una produzione di secrezioni per così dire
"disidratate": il sudore è molto ricco in sodio e cloro, il muco è denso e
vischioso e tende ad ostruire i dotti nei quali viene a trovarsi.
Test diagnostico:dosaggio elettroliti nel sudore
70 mEq/lt nei pazienti CF
40-50 mEq/lt nei soggetti normali
Agenesia bilaterale
congenita dei vasi deferenti
(CBAVD).
Questo difetto costituisce
circa il 15% delle cause di
sterilità maschile che nel
80% dei casi è riconducibile
a mutazioni del gene CFTR
CFTR Regolatore di conduttanza transmemembrana della FC
CARATTERISTICHE DI CFTR
- Fa parte della superfamiglia
dei trasportatori ABC
- Subisce glicosilazione posttraslazionale
- Localizzata sulla membrana
apicale delle cellule epiteliali
(talvolta sulla membrana
basolaterale)
- Due domini transmembrana
definiscono la selettività del
canale
- NBD idrolizzano l’ATP
- Attivazione del canale dipende
dalla fosforilazione del dominio
R da parte di pKA
Eredita’ autosomica recessiva
E’ la più comune malattia autosomica recessiva nella
popolazione caucasica
1/26 è eterozigote
L’incidenza della malattia è di 1/2500
GENITORI PORTATORI
Aa
Aa
aa
HANNO IL 25% DI
PROBABILITA’ DI AVERE UN
FIGLIO AFFETTO E INDIVIDUI
SANI CON UN FRATELLO O
SORELLA AFFETTO HANNO 2/3
DI PROBABILITA’ DI ESSERE
PORTATORI.
La malattia si manifesta solo negli omozigoti
Identificate almeno 1500 mutazioni di CFTR
La più comune è F508 delezione di 3 bp a cui consegue la
delezione dell Phe 508
Costituisce il: 95% mutazioni danesi
70-80% USA e Nord-Europa
40-50% Europa el Nord (52% in Italia)
endocitosi ed esocitosi
• molecole e particelle di dimensioni
rilevanti non possono attraversare
la membrana nei modi appena
descritti.
• la cellula è tuttavia in grado di
catturare o di espellere tali
sostanze attraverso un tipo
diverso di trasporto attivo
trasporto
transmembrana...
attivo
endocitosi
esocitosi
endocitosi ed esocitosi
Pinocitosi e fagocitosi
• Pinocitosi (“cellula che beve”)
– Formazione di vescicole riempite di fluido
extracellulare
– Processo non specifico come l’endocitosi
mediata da recettore, ma molto comune
• Fagocitosi (“cellula che mangia”)
– Produzione di vescicole contenenti materiali
solidi (anche grandi come la cellula stessa)
– Operata solo da cellule del sistema immunitario
Riassunto:
Processi attivi di trasporto
transmembrana
• pompe ioniche
• endocitosi
– endocitosi mediata da recettori
– pinocitosi
– fagocitosi
• esocitosi
