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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. Membrane biologiche 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 biologiche 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 biologiche 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 biologiche 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 biologiche 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.
