Membrane biologiche
effetto “binario”
Membrane biologiche
Funzioni della membrana:
1) Proteggere
2) Regolare il trasporto all’esterno e all’interno della cellula o
dell’ organello
3) Permettere la trasduzione del segnale mediante l’allocazione dei
recettori di transmembrana
4) Permettere il riconoscimento cellulare
5) Fornire punti di attacco per i componenti del citoscheletro e
permettere quindi alla cellula di mantenere la sua forma e, forse, di
potersi muovere verso siti distanti
6) Fornire un sito fisso per il binding e la catalisi enzimatica
7) Regolare la fusione della membrana con altre membrane nella cellula
mediante giunzioni “specializzate” (gap junctions)
8) Fornire un “corridoio” attraverso la membrana per alcune molecole
9) Permettere la motilità della cellula o degli organelli
Membrane biologiche
Il definitivo chiarimento sul modello della membrana cellulare si è
avuto con l’avvento della tecnica della “freeze fracture” che ha
permesso di studiare l’interno delle membrane con tutti i costituenti.
Tecnica della “freeze fracture”
Interno di una membrana
cellulare
Spessore medio: 5 nm
Differenza di potenziale (a riposo): da –20 a 200 mV.
Membrane biologiche
Struttura base della membrana
Tutte le membrane contengono proteine e lipidi, ma in proporzioni
variabili.
Ad es. la mielina, che isola le fibre nervose, è formata dal 18% di
proteine e dal 76% di lipidi;
La membrana mitocondriale interna è
formata per il 76% da proteine e solo
per il 24% da lipidi.
Le membrane plasmatiche di globuli rossi
umani e murini contengono uguali percentuali di lipidi e proteine (43,52% e 44,49%)
rispettivamente.
Membrane biologiche
Struttura base della membrana
Le proteine sono incorporate nel bilayer. Possono passare
attraverso il bilayer (proteine di transmembrana) o possono
essere ancorate nella zona citoplasmatica o in quella esterna.
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Fosfolipidi di membrana:
Sono tra i principali lipidi di
membrana.
Hanno una testa polare e due
code idrofobiche.
fosfato
(idrofilo)
glicerolo
Acidi grassi
(idrofobico)
MODELLO
Membrane biologiche
Colesterolo di membrana:
La molecola di colesterolo si inserisce nella membrana con la stessa
orientazione dei fosfolipidi, allineando le teste polari.
Funzioni:
Bloccare i gruppi idrocarburici dei
fosfolipidi, in modo da rendere meno
deformabile il bilayer e da diminuire la
permeabilità alle molecole idrofiliche.
Prevenire la cristallizzazione degli
idrocarburi e gli spostamenti all’interno della
membrana
Membrane biologiche
Proteine di membrana: Proteine integrali
Le “proteine di transmembrana” sono amfipatiche (possiedono sia
regioni idrofobiche che idrofiliche) e fortemente associate alla
membrana. Sono dette anche “proteine integrali”.
Esse possono essere staccate dalla membrana solo mediante enzimi,
solventi o detergenti.
Membrane biologiche
Proteine di membrana: Proteine periferiche
Le “proteine di membrana periferiche” si ancorano sulla superficie
citoplasmatica (mediante attacco a una catena di acidi grassi), o sulla
superficie esterna della cellula (attacco a un oligosaccaride), o ad
altre proteine.
Passaggio delle specie attraverso le membrane
biologiche
Permeabilità delle membrane
Le membrane biologiche sono barriere fisiche, ma
che permettono a piccole molecole non cariche di
attraversarle.
Il passaggio è permesso anche a molecole solubili
nei lipidi.
Le molecole grandi e quelle cariche NON passano
attraverso le membrane
Passaggio delle specie attraverso le membrane
biologiche
Come attraversano le membrane le
altre molecole ??
Due sono i modi principali attraverso i quali le molecole
tipicamente attraversano le membrane:
Trasporto passivo e Trasporto attivo
Il trasporto attivo richiede che la cellula usi energia che
proviene dal cibo per spostare le molecole (o particelle più
grandi) attraverso la membrana cellulare.
Il trasporto passivo non richiede questo consumo di
energia, e avviene spontaneamente.
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
Osmosi – Diffusione di acqua attraverso una
membrana semi-permeabile.
Può essere anche definita come il
processo mediante il quale l’acqua
diffonde attraverso la cellula
da una zona ad alta a una zona a
più bassa concentrazione
L’osmosi avviene in risposta a una variazione di concentrazione di soluti in acqua.
L’acqua attraversa la membrana fino a quando i gradienti di concentrazione di
acqua e soluti non si livellano.
Passaggio delle specie attraverso le membrane
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Osmosi in soluzione Ipertonica
• La concentrazione di molecole di soluto fuori dalla cellula è
più alta della conc. intracellulare;
• L’acqua diffonde fuori dalla cellula fino a ristabilire l’equilibrio;
• Se la cellula perde troppa acqua, si contrae e avvizzisce
Osmosi in soluzione Ipotonica
• La concentrazione di molecole di soluto fuori dalla cellula è più
bassa della conc. intracellulare;
• L’acqua diffonde verso l’interno della cellula fino a ristabilire l’equilibrio;
• L’ingresso di acqua nella cellula ne provoca il rigonfiamento
Passaggio delle specie attraverso le membrane
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Osmosi in Soluzione Ipotonica
• Le cellule animali messe in acqua distillata (sol. ipotonica) si rigonfiano
e scoppiano (CITOLISI);
• Le cellule vegetali, invece, non scoppiano a causa della rigidità
della parete cellulare
Osmosi in Soluzione Isotonica
•
La concentrazione di soluto fuori e dentro la cellula è uguale; l’acqua diffonde verso l’esterno e
verso l’interno alla stessa velocità, per cui il movimento “netto” è nullo.
Passaggio delle specie attraverso le membrane
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Diffusione facilitata – coinvolge alcune proteine “carrier”
che trasportano le sostanze attraverso la membrana.
Avviene in direzione da alta a bassa concentrazione e dunque non
richiede dispendio di energia da parte della cellula.
E’ il metodo attraverso il quale il glucosio viene trasportato
attraverso le membrane.
Passaggio delle specie attraverso le membrane
biologiche
Diffusione facilitata
Passaggio delle specie attraverso le membrane
biologiche
Trasporto Attivo – E’ il trasporto di un soluto attraverso una
membrana da parte delle cosiddette “carrier proteins”.
Il soluto si combina con la proteina e ne provoca il cambiamento
conformazionale; tale cambiamento dà luogo al trsporto del soluto
da una parte all’altra della membrana, e quindi al suo rilascio.
Questo processo avviene contro un gradiente di concentrazione, da
bassa verso alta concentrazione.
La cellula spende energia (ATP).
Passaggio delle specie attraverso le membrane
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Il trasporto attivo è importante nel mantenere la
concentrazione ionica nelle cellule e tra le cellule.
• Le pompe sodio-potassio (Na+/K+) sono importanti per le
contrazioni muscolari, la trasmissione degli impulsi nervosi e
l’assorbimento dei nutrienti.
• Le pompe Na+ - K+ nelle cellule animali pompano gli ioni Na+ fuori,
e gli ioni K+ dentro, contro il gradiente di concentrazione.
