La membrana cellulare Paolo Abis Struttura generale di una cellula animale eucariotica 2. La membrana cellulare • La membrana cellulare è il sottile involucro che delimita la cellula, separandola dall’ambiente esterno. • Consente l’unione fra le cellule • Scambio fra citosol e ambiente esterno p. 3-9 Funzioni della membrana La membrana cellulare regola la composizione dell’ambiente interno della cellula e consente il passaggio di sostanze all’interno e all’esterno di essa ( si tratta di una permeabilità selettiva ). • Negli ultimi anni è stato dimostrato che numerose attività della cellula sono strettamente correlate alla membrana cellulare: • la risposta agli ormoni, • le interazioni cellulari, • le proprietà antigeniche, • l’eccitabilità e forse anche l’espressione dei geni e la divisione cellulare. Struttura della membrana • Spessore : da 7 a 8 nm (nanometri), pertanto non è visibile al microscopio ottico • Due sottili strati visibili a l microscopio elettronico Membrana cellulare fra due neuroni. Composizione chimica • Lipidi Fosfolipidi Colestorolo • Proteine • Glucidi I Fosfolipidi: Gruppo fosfato polare ed idrofilo Acidi grassi non polari ed idrofobi Modello a mosaico fluido • Il modello a mosaico fluido è un modello della struttura della membrana cellulare. Proposto nel 1972 da Singer e Nicolson, detto anche modello Singer-Nicolson, ipotizza che la membrana cellulare sia composta da un doppio strato lipidico nel quale sono immerse le proteine che svolgono la gran parte delle funzioni tipiche della membrana. Modello a mosaico fluido • Due strati di fosfolipidi • Proteine di superficie e integrali • Polisaccaridi legati ai lipidi e alle proteine • Colesterolo fra i fosfolipidi Le molecole si dispongono senza interruzione le une a fianco allle altre Funzionalità dello strato fosfolipidico • Pur trovandosi allo stato fluido, il doppio strato lipidico della membrana costituisce una struttura relativamente stabile in ambiente acquoso, a causa del processo di esclusione dell'acqua dalla regione centrale occupata dalle code idrocarburiche dei lipidi e dell'interazione delle teste idrofiliche con l'ambiente acquoso in entrambi i lati. Funzionalità dello strato fosfolipidico • Poichè si trovano allo stato fluido, le molecole lipidiche della membrana citoplasmatica sono più o meno libere di spostarsi lateralmente, lungo il piano dello strato bimolecolare: quindi questo significa che le teste polari in superficie sono in movimento continuo. • Oltre al movimento laterale è anche possibile, entro un certo limite, il passaggio da uno strato all'altro delle singole molecole lipidiche per inversione testacoda. • Questo movimento, detto "flip-flop" LIPIDI • Fosfolipidi (doppio strato) • Colesterolo (dal 15% al 50 % del totale dei lipidi) Colesterolo : importante per consentire la fluidita della membrana Le proteine Le proteine presenti nella membrana plasmatica sono di due tipi: •periferiche (o estrinseche) •integrali (o intrinseche). Le proteine sono immerse nel "mare" lipidico e svolgono una serie di importanti funzioni: funzione di trasporto di ioni e molecole; funzione recettoriale, permettendo il riconoscimento di segnali extracellulari; funzione enzimatica, con la generazione di segnali intracellulari, utilizzando le componenti lipidiche delle membrana; funzione di collegamento, fungendo da intermediari nella interazione funzionale tra due proteine (per es. fra recettore ed enzima); funzione strutturale e meccanica, costituendo punti di ancoraggio per strutture extra- e/o intra-cellulari. Catene di glucidi sono attaccate ai lipidi (glcolipidei) o alle proteine (glcoproteine) I glicolipidi sono variabili da un individuo all’altro. Permettono al sistema immunitario di distinguere le proprie cellule da quelle estranee. Il trasporto attraverso la membrana Il passaggio delle sostanze attraverso la membrana può avvenire per: • trasporto passivo (senza dispendio di energia) • trasporto attivo (con impiego di energia) Trasporto passivo • Diffusione semplice • Diffusione facilitata • Osmosi Diffusione semplice Una sostanza si sposta seguendo il gradiente di concentrazione : dalla zona più concentrata alla zona meno. [concentrazione elevata] [concentrazione minore] Ldei gas negli alveoli polmonari avviene per diffusione Permeabilità selettiva Il doppio strato di lipidi è permeabile: • Alle molecole molto piccole (H2O, CO2, O2) • Alle molecole liposolubli (Idrofobe, non polari) Il doppio strato di lipidi è impermeabile: • Alle grosse molecole e alla maggior parte delle molecole solubili in acqua. • Agli ioni (K+, Cl-, Na+ ) Diffusione facilitata La diffusione avviene grazie ad una proteina di trasporto. N .B. • Non vi è dispendio di energia • Avviene secondo il gradiente di concentrazione Alcune proteine di mebrana permettono il passaggio delle sostanze non liposolubili : • Formano un canale attraverso la membrana Oppure • Si legano a molecole trasportatrici (carrier) che le trasportano attraverso la membrana N.B. I canali sono generalmente selettivi : una sola ben precisa sostanza li può attraversare e nessun’altra. Certi canali possono aprirsi e richiudersi : Esempio: Canale ionico che permette il passaggio di anioni Trasportatori di membrana: • Possono crearsi e distruggersi rapidamente • Certi possono chiudersi ed aprirsi ==> Cambiano la permeabilità della membrana • Sono spesso molto selettivi Esempio di proteine di trasporto Canale chiuso Canale aperto Osmosi Soluzione diluita Soluzone concentrata = ipotonica = ipertonica Membrana permeabile all’acqua ma impermeabile al soluto L’acqua si sposta dal lato ipotonico (diluito) al lato ipertonico (concentrato) L ’osmosi: è l’acqua che si sposta seguendo il suo gradiente di concentrazione Ipertonica Ipotonica Globuli rossi in soluzioni: • Isotonica • Ipotonica • Ipertonica Globuli rossi in mezzo Ipertonico Globuli rossi in mezzo Ipertonico L’osmosi gioca un ruolo importante nello spstamento dei liquidi all’interno dell’organismo SANGUE Liquido interstiziale LIQUIDO INTRACELLULARE Un pesce vive nell’acqua di mare. Il mare è un mezzo ipo, iper o isotonico? Acqua L’acqua di mare è Ipertonica (per osmosi) Sale (per diffusione) Come il pesce può sopravvivere? Trasporto attivo : Assomiglia alla diffusione facilitata (necessita di un trasportatore) MA: • Richiede energia • Può avvenire in senso contrario al gradiente di concentrazione • Necessita di un trasportatore (proteina di trasporto) Trasporto attivo Pompa Sodio-Potassio Pompa Sodio-Potassio Pompa Sodio-Potassio Il Trasporto attivo permette alle cellule di conservare un ambiente interno differente dalla composizione dell’ambiente esterno : Trasporto tramite vescicole • Esocitosi • Endocitosi •Endocitosi •Esocitosi Endocitosi L’endocitosi è il processo cellulare tramite il quale il materiale che deve essere introdotto nella cellula viene circondato da vescicole di membrana o da vacuoli e riversato nel citoplasma. Si parla di endocitosi mediata da recettori quando il passaggio di molecole specifiche all’interno della cellula avviene tramite un’introflessione della membrana cellulare che forma una vescicola membranosa. Le vescicole contengono i recettori e le molecole da essi trasportate. endocitosi mediata da recettori endocitosi mediata da recettori Caso particolare di endocitosi: la Fagocitosi Fagocitosi = Endocitosi di una grossa struttura Fagocitosi di un batterio Caso particolare di endocitosi: la Pinocitosi Pinocitosi = Endocitosi sostanze liquide Esocitosi la cellula può secernere materiale all'esterno tramite esocitosi. Nell'esocitosi, vescicole contenenti le sostanze da espellere si fondono con la membrana plasmatica.