La membrana
plasmatica è
composta da:
• un doppio strato di fosfolipidi
• proteine associate alla membrana
» intrinseche
» estrinseche (o periferiche)
Le teste polari dei fosfolipidi
sono idrofile (cercano l’acqua) e
sono quindi rivolte verso
l’interno e l’esterno della cellula
a contatto col le soluzioni
acquose
Le code apolari sono idrofobiche
(sfuggono l’acqua) e sono rivolte
verso l’interno della membrana
Le proteine intrinseche sono
bloccate all’interno della
membrana
perché
la
porzione che attraversa la
membrana
ha
residui
aminoacidici apolari che non
possono uscire a contatto con
il mezzo acquoso
no
si
Nella maggior parte delle cellule le
proteine intrinseche possono muoversi
in orizzontale liberamente scorrendo
dentro la membrana
si
no
Nei neuroni tuttavia la maggior parte delle proteine di membrana
sono fissate in posizione dato che porzioni differenti del neurone
hanno composizione proteica e proprietà differenti
Caratteristiche di permeabilità del doppio strato fosfolipidico
In una membrana artificiale costituita da
soli fosfolipidi:
• Passano facilmente i gas, le
molecole liposolubili e
idrofobiche (O2, lipidi)
• Passano più lentamente le
molecole polari (H2O, CO2)
• Non passano le molecole
cariche (ioni: K+, Na+, Cl-)
• A parità di solubilità nei lipidi le
molecole piccole passano più
facilmente delle grandi (H2O
NB: La scala è logaritmica per
cui quando ad esempio si passa
da 10 -8 a 10 -6 la permeabilità
diventa 100 volte maggiore
diffonde più rapidamente di
monosaccaridi o aminoacidi)
Che cosa sono gli ioni?
Quando un sale, ad esempio cloruro di sodio (NaCl), il comune sale da
cucina, viene disciolto in acqua, le sue molecole si dissociano in ioni
Na+
Cl-
Nel sale NaCl il legame chimico è molto forte (in quanto le cariche
opposte di Na+ e Cl- si attraggono)
La separazione dei due ioni in soluzione è resa possibile dal fatto che
in sostituzione del legame forte tra Na+ e Cl- si formano tanti
legami deboli tra le molecole di acqua e gli ioni (il cosiddetto
guscio di idratazione)
H
O
H
L’acqua infatti è un dipolo cioè una
molecola con una parziale carica
positiva e una parziale carica negativa
in grado quindi di
formare legami
H (+)
(-)
sia con Na+
O
che con ClH (+)
H
H
O
Na+
O
O
H
H
H
H
H
H
O
O
Cl-
H
H
H
H
O
O
H
H
Gli ioni che hanno maggior importanza per
la fisiologia del neurone:
K+
Cationi
Anioni
(migrano al catodo)
(migrano all’anodo)
Na+
Ca
Potassio
Sodio
Calcio
++
ClCloro
I canali ionici:
Permettono il passaggio degli ioni
Sono estemamente selettivi
Alcuni canali sono
sempre aperti
Altri si aprono e si
chiudono in risposta
a determinati stimoli
(lasciano passare di solito un solo tipo di ione)
Canali
passivi
Canali ad
accesso
variabile
Ci sono vari tipi di canali ad accesso variabile
Alcuni variano la loro permeabilità a seconda
della presenza all’esterno di messaggeri chimici
(ormoni, neurotrasmettitori)
Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad
un messaggero intracellulare (II° messaggero)
Alcuni variano la loro permeabilità quando vi è
una variazione del voltaggio
Alcuni variano la loro permeabilità in risposta ad
una sollecitazione meccanica sulla cellula
(mediata dal citoscheletro)
Est
Int
I canali ionici
I canali ionici sono
proteine di membrana
5 nanometri
Essi sono troppo
piccoli per essere
studiati con metodi
tradizionali
Est
6 manometri
2 nanometri
Int
Tuttavia:
5 nanometri
Appartengono a non più di 3-4 diverse famiglie e i diversi tipi di canali
si assomigliano nella struttura
Sono ben conservati a livello filogenetico: lo stesso canale si può
trovare nella drosophila (moscerino della frutta) o nell’uomo
I canali ionici sono composti da più sub-unità (di solito da 4 a 6)
La porzione che attraversa la
membrana ha una struttura
ad α-elica con amminoacidi
polari rivolti verso il canale e
amminoacidi apolari rivolti
verso lo strato fosfolipidico
Metodi di studio dei canali ionici
Approfondimento
La sequenza degli amminoacidi ci può dare molte informazioni
La struttura secondaria ci
può dare informazione sulla
forma del canale
La mappa di idrofobicità
ci da indizi sulla struttura e
sulla funzione dei canali
È anche possibile causare mutazioni mirate in certe porzioni
del canale per vedere qual è la funzione di quella porzione
Patch-clamp
È possibile studiare il
comportamento elettrico
di un solo canale per
mezzo del metodo del
patch-clamp
Immunocitochimica
È possibile ottenere anticorpi che rispondono selettivamente ad un
canale ionico o a sue porzioni (immunizzando ad es. un coniglio con
un estratto cellulare)
Questi anticorpi vengono poi marcati (con radioattivo o con
coloranti speciali) e si va a vedere dove gli anticorpi si vanno ad
attaccare a livello di una cellula o di un tessuto