la membrana plasmatica Flashcards
FUNZIONI delle membrane biologiche
- ISOLAMENTO: mantenere l’individualità e l’integrità chimica. Efficientissima barriera di
permeabilità. - COMUNICAZIONE: consentire il passaggio di molecole in maniera selettiva. Ricevere stimoli e
segnali. Definire la localizzazione di ogni cellule nei confronti di quella adiacente. - COMPARTIMENTAZIONE: tipica della cellula eucariote, presenza di organelli sub-cellulari.
- INTEGRAZIONE FUNZIONALE INTRACELLULARE: supporto per ancorare ed ordinare molecole che
svolgono funzioni collegate ed interdipendenti.
1972 Ipotesi Singer Nicolson: “MODELLO A MOSAICO FLUIDO”.
Le membrane sono costituite da un doppio strato fluido di molecole lipidiche nel quale sono inserite
le proteine come tessere di un mosaico.
Visione dinamica della membrana: le proteine e i lipidi traslano, si muovono lateralmente sulla
superficie della membrana.
struttura della membrana
Il DOPPIO STRATO LIPIDICO costituisce la struttura base di tutte le
membrane cellulari.
Le molecole lipidiche costituiscono circa il 50% della massa della maggior parte delle
membrane delle cellule animali, mentre quasi tutto il rimanente è costituito da proteine▪ FOSFOLIPIDI
▪ SFINGOLIPIDI
▪ COLESTEROLO (solo negli eucarioti)
Coesistenza di parti polari ed apolari: in acqua assumono posizione ordinata in maniera
spontanea
CARATTERISTICHE DEI LIPIDI: aggregazione
Le molecole lipidiche si aggregano spontaneamente per racchiudere le loro code idrofobiche
all’interno ed esporre le loro teste idrofiliche all’acqua
Possono formare:
✓ MICELLE SFERICHE (SINGOLO STRATO)
✓ DOPPI STRATI
✓FOGLIETTI
✓LIPOSOMI
micelle o fosfolipidi
Compattamento dei lipidi in ambiente acquoso
a) Molecole lipidiche a forma conica formano micelle
b) molecole fosfolipidiche a forma di cilindro si dispongono in un doppio strato lipidico
DISPOSIZIONE DEI LIPIDI
Nella disposizione energeticamente
più favorevole, le teste idrofiliche
sono a contatto con l’acqua su
ciascuna superficie.* Le molecole idrofiliche si dissolvono prontamente in acqua perché contengono gruppi carichi o
gruppi polari privi di carica che possono formare interazioni elettrostatiche favorevoli o legami
idrogeno con l’acqua
* Le molecole idrofobiche invece sono insolubili in acqua perché tutti, o quasi tutti, i loro atomi sono
privi di carica e non polari; perciò non possono formare interazioni energeticamente favorevoli con
l’acqua.
Caratteristiche del doppio strato fosfolipidico
Tutte le membrane cellulari costituiscono strutture
chiuse che circondano la cellula stessa o i suoi singoli
compartimentiTutte le membrane hanno:
una FACCIA CITOSOLICA che guarda verso il citosol
una FACCIA ESOPLASMATICA che è diretta lontano dal citosol
(all’interno degli organelli: verso lo spazio extracellulare della superficie cellulare).
➢ Le proteine integrali di membrana e i glicolipidi si legano asimmetricamente al doppio strato lipidico
➢ Le due facce della membrana differiscono nella composizione in fosfolipidi
➢ Lipidi e proteine integrali si muovono lateralmente nella membrana
➢ La fluidità dipende dalla loro composizione e dalla temperatura
1. Stabilità: interazioni idrofobiche e legami elettrostatici deboli tra le teste polari
2. Fluidità: assenza di legami covalenti
3. Asimmetria: i lipidi (come pure le proteine associate alle membrane) sono
diversamente distribuiti nei due lati del foglietto.
Fluidità
La fluidità delle membrane cellulari deve essere regolata precisamente: certi processi di trasporto di membrana e
certe attività enzimatiche cessano quando la viscosità del doppio strato viene aumenta oltre un certo valore.
La fluidità delle membrane è favorita da una minore temperatura,maggiore lughezza delle catene aciliche.La fluidità è minore con la presenza di proteine,colesterolo e instaurazione di acidi grassi.
MOVIMENTI DEGLI ACIDI GRASSI
✓ Le molecole lipidiche cambiano rapidamente posto con i loro vicini all’interno di un monostrato (107 volte/sec)
✓ Le singole molecole lipidiche ruotano molto rapidamente intorno al proprio asse.
Studi condotti sui liposomi hanno dimostrato che le molecole fosfolipidiche nei doppi strati lipidici migrano
molto raramente da un lato altro dell’altro lato (flip-flop)
glicerofosfolipidi
I GLICEROFOSFOLIPIDI, principali fosfolipidi delle membrane
plasmatiche delle cellule di mammifero, sono 4:
✓fosfatidil-colina
✓fosfatidil-etanolamina
✓fosfatidil-serina
✓sfingomielina
Asimmetria
La distribuzione dei fosfolipidi e dei glicolipidi nel doppio strato lipidico è asimmetrica.
Si ritiene che il colesterolo sia distribuito in modo quasi uguale nei due monostrati.Nell’apoptosi, la fosfatidiliserina, che è normalmente confinata al monostrato citosolico, trasloca
rapidamente al monostrato extracellulare
Ciò provoca un segnale che induce cellule come i macrofagi a fagocitare la cellula morta e digerirla.
I GLICOLIPIDI
Molecole lipidiche contenenti zuccheri, che costituiscono il 5% dei lipidi
di membrana
Presentano la asimmetria più estrema nella distribuzione di membrana.La distribuzione asimmetrica dei glicolipidi nel doppio strato è determinata dall’aggiunta di zuccheri alle molecole
lipidiche nel lume dell’apparato di Golgi.
Nella membrana plasmatica gli zuccheri sono esposti sulla
superficie cellulare, dove hanno ruoli importanti nelle
interazioni con l’ambiente.
Nella membrana plasmatica delle cellule epiteliali i glicolipidi sono
confinati nella superficie apicale esposta, dove possono aiutare a
proteggere la membrana dalle condizioni estreme che spesso si
trovano in quel punto (pH basso o enzimi degradativi).
Colesterolo
Presente solo nelle membrane
plasmatiche delle cellule
animali.
Le molecole di colesterolo si
orientano nel doppio strato
con i gruppi ossidrilici vicino
alle teste polari delle molecole
fosfolipidiche.
Gioca un ruolo fondamentale
nella FLUIDITÀ delle membrane
cellulari.* Il colesterolo rende il doppio strato meno deformabile e fa diminuire la
permeabilità delle piccole molecole solubili in acqua
* Impedisce però alle catene alifatiche dei fosfolipidi di unirsi e cristallizzare.✓ Alza il punto di fusione in membrane ricche di grassi insaturi, andando ad occupare gli spazi vuoti formati dai
ripiegamenti delle code aciliche. Così facendo, aumenta le interazioni idrofobiche all’interno del doppio stato e
riduce la fuidità di membrana.
✓ Abbassa il punto di fusione di membrane ricche di acidi grassi saturi, andando a disturbare, con la sua coda, le
interazioni idrofobiche tra le code aciliche. Quindi, aumenta la fuidità di membrane inizialmente più rigide
Le PROTEINE di membrana
Costituiscono circa il 50% di
tutte le membrane delle
cellule animali.
Esplicano le funzioni
specifiche delle diverse
membrane.
Sono orientate
asimmetricamente.
Variano molto in struttura e
nel modo in cui si associano
con il doppio strato lipidico,
che riflette le loro diverse
funzioni.Sono le proteine che conferiscono a ciascun tipo di membrana della cellula le
sue caratteristiche proprietà funzionali.Si stima che circa il 30% delle proteine che sono codificate nel
genoma di una cellula animale siano proteine di membrana
FUNZIONI delle proteine di membrana
▪ Trasporto di
membrana
▪ Enzimi
▪ Recettori proteici
▪ Marcatori di
superficie
▪ Proteine che
collegano la
membrana al
citoscheletro
Proteine integrali di membrana
Proteina che attraversa completamente il doppio strato lipidico della membrana cellulare. Tali proteine vengono anche chiamate proteine intrinseche o proteine transmembrana proprio perché attraversano il doppio strato lipidico.
GLICOCALICE
Il GLICOCALICE rappresenta
il rivestimento glucidico che
emerge all’esterno della
membrana plasmatica
(oligo- o polisaccaridi legati
a proteine di membrana o
lipidi d membrana).È un feltro di carboidrati situato a diretto contatto con la superficie esterna
della membrana.
Offre alla cellula:
✓ Protezione
✓ Filtrazione
✓ Creazione di microambiente
✓ Localizzazione di certi enzimi
✓ Riconoscimento molecolare
CORTEX
Si tratta di un’impalcatura proteica, una trama di proteine
fibrose fissata per mezzo di proteine transmembrana Il
cortex cellulare determina la forma cellulare e le
caratteristiche meccaniche della membrana plasmaticaIl citoscheletro corticale conferisce forza
meccanica alle membrane e limita la
diffusione delle proteine di membranaCambiamenti della forma delle cellule hanno un ruolo chiave in diverse malattie, incluse quelle causate da organismi infettivi o da
geni difettosi. Nell’anemia falciforme, una mutazione fa nascere globuli rossi a forma di falce, mentre nella malaria-malattia
causata dall’infezione dei globuli rossi da parte del parassita Plasmodium- le cellule diventano più rigide e meno deformabili.
Permeabilità di membrana
A causa del suo interno idrofobico, il doppio strato lipidico
delle membrane cellulari impedisce il passaggio della
maggior parte delle molecole polari.
Questa funzione di barriera selettiva permette alla cellula di
mantenere concentrazioni di soluti nel citosol che sono
diverse da quelle nel fluido extracellulare ed in ciascuno
dei compartimenti intracellulari racchiusi da membrane.
Potenziale di membrana
Le cellule viventi sono normalmente cariche elettricamente (differenza di
potenziale), con l’esterno positivo rispetto all’interno.Il potenziale di riposo è dovuto alla differenza di concentrazione degli ioni
ai due lati della membrana; esso varia da –60 mV a –70 mV.
differenza tra forza chimica e forza elettrica
FORZE AGENTI SUGLI IONI
Forza chimica
Generata dal gradiente di concentrazione
Forza elettrica
Generata dal gradiente elettrico
TRASPORTO PASSIVO
senza consumo di energia(atp).
DIFFUSIONE SEMPLICE
*le particelle attraversano la
membrana secondo gradiente
di concentrazione
DIFFUSIONE FACILITATA
*avviene sempre secondo
gradiente di concentrazione,
ma è mediata da “carrier”
proteici. AVVIENE SECONDO GRADIENTE DI
CONCENTRAZIONE
Diffusione
Semplice
attraverso una
membrana
semipermeabile
Diffusione
facilitata
attraverso
trasportatori e
proteine canale