Membrane Biologiche
Membrane Biologiche
• Barriere per confinare sostanze o
attività in ambienti specifici
– Confini Cellulari
– Organelli
• Costituite da lipidi
e proteine
(e glucidi)
Sistema di Endomembrane
• Delimitano i
compartimenti cellulari
Nucleo
Reticolo
Endoplasmatico
Perossisoma
Lisosoma
– Organelli
• Confinano le
differenti attività
della cellula
• Mediano il trasporto
di metaboliti
Apparato di
Golgi
Vacuoli
Mitocondrio
Membrana
Plasmatica
Organelli Cellulari
• Nucleo, Mitocondri
(e Autofagosomi )
hanno Doppia
Membrana
• Golgi, RE, Lisosomi
hanno
Membrana Singola
DOPPIO STRATO LIPIDICO
• Condizione energeticamente favorevole
in ambiente acquoso
– Teste Idrofiliche
• All’esterno
– Code Idrofobiche
• All’interno, non in contatto con l’acqua
Organizzazione dei fosfolipidi
in soluzione acquosa
Il doppio strato lipidico si chiude spontaneamente su se
stesso formando Compartimenti Stagni
Non ci sono mai estremità libere
DOPPIO STRATO LIPIDICO
Gorter and Grendel 1925 misurarono l’area coperta dai
lipidi estratti dalla membrana cellulare e scoprirono che
era il doppio della superficie della cellula
Componenti della membrana
• Fosfolipidi, ANFIPATICI
Gruppo Idrofilico
– Hanno caratteristiche sia
idrofiliche sia idrofobiche
• Colesterolo
– Presente in praticamente
tutte le membrane delle
cellule animali
– Stabilizza la membrana
rendendola più o meno
fluida
Coda Idrofobica
Fosfolipidi
Fosfolipidi
Sfingolipidi
Cellule differenti hanno diversa
composizione lipidica delle membrane
Lipidi
Eritrocita
umano
Mielina
Mitocondrio
Batteri
Fosfatidil
colina
19
10
45
0
Fosfatidil
etanolamina
18
20
24
65
Fosfatidil
inositolo
1
1
6
0
Fosfatidil
serina
8
8
1
0
17,5
8,5
3
0
Glicolipidi
10
26
0
0
Colesterolo
25
26
3
0
Sfingomielina
Asimmetria del doppio strato lipidico
Raft lipidici (zattere lipidiche)
Zone specializzate della membrana
ricche in colesterolo e sfingolipidi
Cellule diverse hanno rapporti differenti
tra i vari componenti della membrana
Membrane
Proteine %
Lipidi %
Carboidrati
%
Mielina
18
79
3
Membrana
eritrocita
umano
49
43
8
Membrana
esterna
mitocondrio
52
48
0
Membrana
interna
mitocondrio
74
23
3
Membrana
cellula
muscolare
62
33
5
Proteine nelle membrane: 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
• 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
Morfologia della membrana
• Trilaminare al
microscopio
elettronico
Modello del Mosaico Fluido
• Anni ‘60, paradosso delle proteine
– La loro purificazione dimostra che non sono così
omogenee come si pensava
– Composizione e dimensioni sono molto variabili
– Alcune molto più grandi di quanto ipotizzato
• Come potevano costituire uno strato di soli
10 nanometri?
• Ci si attendeva tutte proteine 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 nel torrone)
Modello del Mosaico Fluido
Dimostrazione della fluidità della membrana
• Frey ed Edidin, 1970
– Proteine di membrana di cellula umana e cellula
murina marcate con fluorocromi differenti
– Fusione con virus Sendai
– Le proteine risultano ridistribuite in maniera casuale
Proteine di Membrana
• Le proteine costituiscono circa il 50%
della massa della membrana
• Sono le esecutrici 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 intrinsiche di Membrana
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 “Intrinseche”
– Legate a lipidi da
legami covalenti
– Legate a fosfolipide o
acido grasso inserito in
uno dei due foglietti
Freeze Fracture
Asimmetria
• Faccia E
• Emi-membrana esterna, più liscia, proteine
transmembrana, lipidi
• Faccia P
• Emi-membrana proto-plasmatica, contiene la maggior
parte delle proteine
Funzione delle proteine di
membrana
• Ancoraggio
– Integrine, ancorano la
cellula alla matrice
extra-cellulare (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
• Riconoscimento cellulare
– Antigeni, permettono il
riconoscimento di cellule
estranee all’organismo
• Giunzione inter-cellulare
– Proteine di adesione,
legano le membrane di
cellule adiacenti
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
Carboidrati e membrane
• Carboidrati
– Vengono attaccati alla porzione della proteina che
non è esposta dal lato del citoplasma
• Glicoproteine
– Proteine di membrana a cui vengono attaccati degli
oligosaccaridi
• Proteoglicani
– Proteine di membrana con una o più catene
polisaccaridiche
• Glicolipidi
– Lipidi con attaccati degli oligosaccaridi
Glicocalice
• Strato protettivo formato dalle catene
di zuccheri
Glicoproteina
transmembrana
Glicoproteina
Estrinseca
Proteoglicano
transmembrana
Glicocalice
Glicolipide
ECM
Membrana
Cytosol
Funzioni:
Glicocalice
• Protezione
• Adesione cellulare (ruolo sia positivo che negativo)
• Movimento (sviluppo embrionale)
• Risposta immune
• Regolazione dell’infiammazione
• Fertilizzazione
Glicocalice
Citosol
Nucleo
Membrana Plasmatica
Membrana Plasmatica
Giunzioni Cellulari
Giunzione serrata o occludente
Giunzioni Serrate (strette)
• Le superfici extra-cellulari di due
membrane plasmatiche adiacenti sono
in intimo contatto
• NON lasciano alcuno spazio tra le
membrane
• Posizionate come una banda intorno
all'intera cellula (Zonula Occludens)
• Sigillano le cavità corporee
Giunzioni
Serrate
(strette)
Giunzioni Serrate (strette)
Giunzioni Serrate (strette)
• Impediscono la
diffusione delle
molecole organiche
– Possono lasciare
passare piccoli ioni ed
acqua
Giunzioni Serrate (strette)
Sono associate con il citoscheletro (filamenti di actina) tramite
proteine intermedie definite proteine della zonula occludens
Giunzioni Aderenti
Giunzioni Aderenti
Giunzioni Aderenti a fascia
– Formano una cintura di adesione intorno a
tutta la cellula (zonula adherens)
– Connesse con i filamenti actinici del
citoscheletro (tramite alfa- e beta-Catenine)
– Permette distribuzione dello stress
meccanico
– Spazio tra le membrane permette
passaggio delle molecole
– Possono trasmettere i segnali dall’esterno
della cellula al citoscheletro
Desmosoma
• Giunzione tenace, rinforzata
dalla presenza di
“addensamenti” (macula
adherens) su cui si agganciano
abbondanti fasci di Filamenti
Intermedi
• Connessione tra cellule
adiacenti
• Permette distribuzione dello
stress meccanico
• Spazio tra le membrane
permette passaggio delle
molecole
Desmosoma
Emidesmosomi
Emidesmosomi
• Strutture asimmetriche
• Una piastra ancora la
parte basale della cellula
alla lamina basale
• Questa piastra contiene
Filamenti Intermedi
• Cheratine o tonofilamenti
• Filamenti di Laminina
legano la placca alla
lamina basale
• Contribuiscono alla
stabilità dell'epitelio
Emidesmosomi
Matrice Extra Cellulare
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
Contatti
Focali
Contatti Focali
Giunzioni Comunicanti
(Gap Junctions)
Giunzioni Comunicanti
(Gap Junctions)
• Canali proteici che collegano i citosol di
due cellule
– Passaggio di piccole molecole e ioni (Na+, K+)
– Esclusione di grandi molecole
– Trasmissione di impulsi elettrici tra cellule del
muscolo liscio e cellule cardiache
– Permettono il passaggio da una cellula ad
un'altra di messaggeri chimici
– Coordinano le attività tra le cellule
Giunzioni
Comunicanti
(Gap Junctions)
Giunzioni
Cellulari
