Corso di Fisiologia Generale
Scienze Biologiche
Ordinamento triennale
Docente: Prof. Mauro Toselli
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Potrete scaricare alcuni degli
argomenti trattati a lezione al
seguente indirizzo web:
www.unipv.it/tslmra22
Componenti di una “tipica” cellula animale
mitocondrio
lisosoma
perossisoma
citosol
Membr.
nucleare
Apparato
del Golgi
nucleo
vescicola
reticolo
endoplasmico
Membrana
plasmatica
Compartimenti circoscritti da membrana
Nucleo
Reticolo
Endoplasmatico
Perossisoma
Lisosoma
Vescicola
Mitocondrio
Apparato
Del Golgi
Membrana
plasmatica
Doppio strato (bilayer) lipidico
Bilayer
lipidico
(5 nm)
Molecole
lipidiche
Molecole
proteiche
La membrana plasmatica è
una barriera selettiva Dogana
Molecole nutritizie
desiderabili
Componenti
intracellulari
Molecole nutritizie
Prodotti metabolici
inutili
Molecole indesiderabili,
microorganismi ecc.
Funzioni della membrana plasmatica
Ricevere
informazione
Import-export
di molecole
Capacità di
movimento ed
espansione
Proprietà della membrana
1. Barriera Selettiva - Circondare la cellula per mantenere
organelli, enzimi, metaboliti e certi ioni all’interno
2. Contenere sistemi enzimatici – metabolismo energetico ecc.
(mitocondrio)
3. Contenere sistemi di trasporto – portare molecole nutritizie
all’interno e mantenere le concentrazioni degli ioni
4. Contenere siti specifici di riconoscimento – scambio di
informazione
Le membrane biologiche sono composte di…
1. Lipidi – il doppio strato lipidico crea una barriera
idrofobica
Per la maggior parte fosfolipidi ma anche glicolipidi e
colesterolo
2. Proteine – conferiscono specificità alle funzioni svolte dalla
membrana
a. Proteine di membrana periferiche legate alla superficie
della membrana
b. Proteine di membrana integrali – contengono domini
idrofobici e idrofilici anfipatiche
c. Glicoproteine (integrali) – contengono molecole glucidiche
recettori di superficie
Quali funzioni sono associate ai vari
componenti?
Lipidi:
- Barriera idrofobica
Proteine:
- Trasporto Specifico
- Riconoscimento e comunicazione
- Conversione di energia
Carboidrati:
- Riconoscimento e comunicazione
Composizione in lipidi della
membrana plasmatica
Struttura dei Fosfolipidi
gruppo di testa
polare
(idrofilico)
testa
code
code non
polari
(idrofobiche)
doppio
legame cis
Fosfolipide in 3D
Struttura dei Glicolipidi
Struttura del Colesterolo
guppo di testa
polare
struttura
dell’anello
steroideo
rigido e
planare
coda
idrocarburica
non polare
Colesterolo in 3D
Come si organizzano i lipidi
in membrana?
I fosfolipidi in acqua possono
formare spontaneamente tre strutture
Micella
Liposoma
Doppio strato
Ricostruzione di un bilayer lipidico
+ H2O
Bilayer Lipidico in 3D
Fluidità della membrana
• La fluidità della membrana è importante
per la sua funzione; è determinata dalla
sua composizione lipidica
• Stretto impacchettamento delle code
idrofobiche minore fluidità
• La lunghezza e il no di doppi legami
(insaturi) determinano il grado di
impacchettamento
• La lunghezza varia da 14-24 atomi di C;
catena più corta minore interazione
aumento della fluidità
• Una coda ha un doppio legame - insatura;
l’altra coda non ha doppi legami- satura
• Doppi legami maggiore rigidità
doppio
legame
-nodo
Movimento di lipidi in un bilayer
Flessione e cambiamento di
orientamento delle teste polari
Diffusione laterale
Diffusione
trasversale
Flessione delle catene aciliche
Diffusione
rotazionaleale
Fluidità della membrana (cont.)
Perchè la membrana ha bisogno di essere fluida?
• Permette una rapida diffusione laterale delle proteine
di membrana nel bilayer e favorisce le interazioni
(importante per la comunicazione cellulare)
• Facilita la distribuzione dei lipidi e delle proteine di
membrana dal sito di inserzione ad altre regioni della
cellula
• Permette alle membrane di fondere e mixare molecole
Fluidità della membrana (cont.)
Nelle cellule animali, il colesterolo è usato per modulare
la fluidità della membrana – riempie i buchi tra i nodi
delle catene insature
Particolarmente usato nella membrane plasmatica
stretto impacchettamento minor fluidità/permeabilità
fosfolipide
colesterolo
Asimmetria del doppio strato lipidico
I due strati hanno composizione differente
- differenti fosfolipidi/glicolipidi tra interno ed esterno
fosfatidilcolina
sfingomielina
colesterolo
fosfatidilserina
glicolipide
Spazio extracellulare
fosfatidiletanolamina
fosfatidilinositolo
citosol
Composizione in proteine
della membrana plasmatica
Tutte le membrane biologiche sono bilayers lipidici
Le proteine conferiscono proprietà uniche a ciascun tipo
di membrana
Classi di Proteine di Membrana
ancorate
periferiche
superfice
extracell.
integrali
Superfice
citosolica
ancorate
Come può un legame peptidico polare essere inserito
nel core idrofobico di un bilayer fosfolipidico?
estremità
amino (N-)
terminale
estremità
carbossi (C-)
terminale
Le a- eliche transmembrana tipicamente
sono costituite da 20-25 aminoacidi la
maggior parte dei quali idrofobici.
triptofano
fenilalanina
prolina
isoleucina
In una a-elica i legami peptidici
polari si trovano all’interno e i
gruppi R delle catene laterali
protrudono all’esterno
3.6 residui/giro
a-elica in 3D
Foglietto b in 3D
Glicoforina: tipica
proteina che attraversa
la membrana
plasmatica una volta
Batteriorodopsina,
tipica proteina che attraversa la membrana plasmatica sette volte
Associazione di proteine di membrana
con un bilayer lipidico
Periferche
Integrali
Transmembrana
a-elica
foglietto-b
attaccate
a proteine
legate
a lipidi
SPAZIO
EXTRACELLULARE
Bilayer
lipidico
CITOSOL
Legame covalente
a molecola lipidica
Legame debole,
non-covalente, ad
un’altra proteina
di membrana
Funzioni svolte dalle
proteine di membrana
Proteine di membrana
• Nelle cellule animali, il 50% della massa del
plasmalemma sono proteine
• Le proteine di membrane hanno molte funzioni:
Trasportatori
Collegamento
Recettori
Enzimi
SPAZIO
EXTRACELLULARE
CITOSOL
Membrane differenti esprimono proteine differenti funzioni differenti
Rafforzamento della membrana plasmatica
• La membrana cellulare è molto sottile e fragile
• Essa è rafforzata e supportata da una trama proteica
attaccata alla membrana attraverso proteine di
membrana
• La forma della cellula e le proprietà meccaniche della
membrana sono determinate dalla cortex cellulare - una
trama di proteine fibrose attaccate al lato citosolico
della membrana
Cortex cellulare dell’eritrocita umano
spectrina
Lato citosolico
della
membrana
actina
Proteine di
ancoraggio
proteine transmembrana
Glicocalice
• I glicolipidi sono presenti
membrana plasmatica
nello
strato
esterno
della
• La maggior parte delle proteine della membrana plasmatica
sono glicoproteine
• Le glicoproteine hanno piccole catene
zuccheri (oligosaccaridi) legate ad esse
di
molecole
di
• Proteoglicani sono proteine di membrana che hanno una o
più lunghe catene polisaccaridiche legate
• Tutti i carboidrati delle glicoproteine, proteoglicani e
glicolipidi localizzati sul lato non citosolico della membrane
formano un rivestimento di zuccheri chiamato il glicocalice
• Il glicocalice protegge la surperfice cellulare dal
danneggiamento meccanico e chimico lubrificando inoltre la
superficie assorbendo acqua
Glicocalice
Glicoproteina
transmembrana
Glicoproteina
assorbita
Rivestimento
cellulare
(glicocalice)
glicolipide
Proteoglicano
transmembrana
spazio
extracellulare
Bilayer
lipidico
citosol
Riconoscimento cellula-cellula
• Gli oligosaccaridi della superfice cellulare forniscono
ciascun tipo cellulare con un distinto marker di
identificazione
• Il glicocalice è usato nel riconoscimento cellula-cellula
• Particolarmente importante nel mediare le risposte
infiammatorie
oligosaccaride
specifico
lectina
cellula endoteliale
neutrofilo
sito d’infezione
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
Transporto attraverso la membrana
• Il bilayer lipidico
molecole idrofile
è
practicamente
impermeabile
alle
• Le cellule richiedono di importare nutrimenti solubili in
acqua (zuccheri, aminoacidi, etc), eliminare prodotti di
degradazione e controllare la concentrazione ionica (H+,
Na+, K+, Ca2+, etc)
• Ciò rechiede proteine di trasporto per facilitare
l’ingresso/uscita attraverso la membrana di molecole
specifiche
• Ciascun tipo di membrana ha un set caratteristico di
proteine di trasporto che determinano il tipo di soluti che
possono entrare/uscire dalla cellula/organello
bilayer lipidico
artificiale
senza proteine
membrane
cellulare
Proteine di trasporto
2 principali classi di proteine di trasporto:
Proteine Carrier
Legano il soluto da un lato
della
membrane
e
lo
trasportano dall’altro lato con
un
cambiamento
di
conformazione della proteina
Proteine Canale
Formano pori idrofilici nella
membrana
attraverso
cui
certi ioni possono diffondere
soluto
ione
bilayer
lipidico
sito di legame del soluto
poro idrofilo
Proteine transmembrana
• Proteine che utilizzano singole a-eliche transmembrana
sono tipicamente recettori: la parte extracellulare
lega molecole segnale, la parte citoplasmatica segnala
all’interno della cellula
• Altre proteine transmembrana formano pori idrofili
che permettono a molecole idrofiliche di attraversare
la membrana – ciò non è possibile con singole a-eliche
sono necessarie a-eliche multiple
poro
p.es. 5 a-eliche formano canali acquoso
a-elica
idrofili attraverso il bilayer
• Catene
laterali
idrofobiche
(verdi) entrano in contatto con le
code di idrocarburi
• Catene laterali idrofiliche (rosse)
formano un poro ripieno d’acqua
bilayer
lipidico
Tutte le membrane biologiche sono bilayers di
fosfolipidi
Le proteine in ciascun tipo di membrana le
conferiscono proprietà uniche
Topologia di alcune proteine di membrana
nella membrana plasmatica
Type I
Type II
Multi- spanning
