Permette una rapida diffusione laterale delle proteine di membrana

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Vol I-II
MODALITÀ ESAME DI
FISIOLOGIA GENERALE (9 CFU)
Di cosa si occupa la Fisiologia
In questo corso ci occuperemo
di fisiologia della cellula
La fisiologia della cellula è
propedeutica alla fisiologia
degli apparati
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
Organelli
intracellulari
Molecole nutritizie
Prodotti metabolici
inutili o messaggeri
Molecole indesiderabili,
microorganismi ecc.
Funzioni della membrana plasmatica
Ricevere
informazione
Import-export
di molecole
Capacità di
movimento ed
espansione
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
Composizione in lipidi della
membrana plasmatica
Struttura dei Fosfolipidi
gruppo di testa
polare
(idrofilico)
testa
code
code non
polari
(idrofobiche)
doppio
legame cis
Struttura dei Glicolipidi
Struttura del Colesterolo
guppo di testa
polare
struttura
dell’anello
steroideo
rigido e
planare
coda
idrocarburica
non polare
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
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 della catena 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
• Nell’esempio: una coda ha un doppio
legame; l’altra coda non ha doppi legami
• Doppi legami  maggiore rigidità
doppio
legame
-nodo
Fluidità della membrana (cont.)
Perchè la membrana ha bisogno di essere fluida?
• Permette una rapida diffusione laterale delle proteine
di membrana nel bilayer e ne 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 membrana 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
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
a-elica in 3D
Foglietto b in 3D
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
Associazione di proteine di membrana
con un bilayer lipidico
Periferche
Transmembrana
a-elica
foglietto-b
attaccate
a proteine
ancorate
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
Permeabilità del bilayer lipidico
• I gas diffondono
rapidamente
gas
• Lentamente, piccole molecole piccole
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+
PROTEINE DI COLLEGAMENTO
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
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