LA MEMBRANA CELLULARE
Trasporti_1
1
La struttura della cellula
Trasporti_1
2
Componenti delle membrane biologiche
Fosfolipidi
Colesterolo
Proteine:
integrali
periferiche
alcune proprietà generali……
doppio strato
spessore totale 70-100 Ao
asimmetria e dinamicità
barriera selettiva alla permeabilità
Trasporti_1
3
Evidenze sperimentali del doppio strato lipidico
• Membrana plasmatica vista al
esterno
70-100 Ao
microscopio elettronico
• Si osservano due righe scure
separate da una chiara
interno
• Fotografia al microscopio
elettronico della guaina
mielinica che circonda una
fibra nervosa (sezione
trasversa).
• Si osservano tre righe
(due chiare e una scura)
Trasporti_1
4
I fosfolipidi
Acido fosfatidico:
(1,2 dipalmitoilglicerolo 3-P)
Glicerolo-3-P:
O
H2C
1
HC
O
O
-
P
2
-
O
H2C
OH
C
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
O
HC
OH
O
O
CH2
3
O
O
-
O
C
P
O
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
-
CH2
O
fosfatidilcolina:
(lecitina)
Catena idrofobica
O
Testa polare
H2C
O
C
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
O
HC
H3C
O
+
H3C
N
CH2 CH2 O
H3C
colina
P
O
C
CH2
-
O
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
O
legame
fosfodiestere
Trasporti_1
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
5
Altri fosfolipidi
L’acido fosfatidico può essere anche esterificato con:
etanolamina
+
CH2 CH2
fosfatidil etanolamina
(cefalina)
+
CH2 CH
serina
NH3
NH3
fosfatidil serina
COO-
H
inositolo
OH
H
H
OH
OH
H
H
OH
OH
fosfatidil inositolo
H
Gli acidi grassi possono essere saturi o poli-insaturi:
Catena satura
Catena insatura
(doppio legame trans)
H3C
CH3
H3C
CH3
H3C
Catena insatura
(doppio legame cis)
30o
CH3
Trasporti_1
6
Proprietà dei fosfolipidi in soluzione
fosfolipide
= molecola
anfipatica
Testa polare
micella
coda
idrofobica
doppio
strato
liposomi
Trasporti_1
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“Drug-delivery” attraverso liposomi
Strato protettivo
di catene di
carboidrati
anticorpo
farmaco cristallizzato
In fase acquosa
farmaco liposolubile
nel doppio strato
doppio strato
Trasporti_1
8
Altri lipidi di membrana
colesterolo
H3C
CH3
CH3
HO
CH3
CH3
molecola compatta,rigida e idrofobica,
con un gruppo polare a C-3
gruppo polare
colesterolo e fosfolipidi in
membrana
Trasporti_1
9
La membrana citoplasmatica:il modello a
“mosaico liquido”
Trasporti_1
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Evidenze sperimentali a favore del
modello a “mosaico liquido”
Fotografia al microscopio
elettronico ottenute con la tecnica
del “freeze etching”
(criodecapaggio)
La membrana è divisa nella parte
centrale e le particelle chiare
esposte hanno un diametro di 5080 Ao
La digestione con un enzima
proteolitico causa una perdita
progressiva delle particelle chiare
indicando che sono “proteine
integrali” inserite nel doppio
strato lipidico
Trasporti_1
11
L’esperimento di Gorter & Grendel (1925) che ha
dimostrato l’esistenza del doppio strato lipidico
Scopo
Misurare la superficie occupata dai lipidi che formano la
membrana cellulare.
Verificare se lo strato di lipidi è doppio: Slipidica = 2Scellulare
Cellule
Metodo
Eritrociti privi di emoglobina (Hb).
1- Si svuotano gli
eritrociti con uno
shock ipotonico
(ghosts)
2- Si separano le cellule
dal surnatante per
centrifugazione
H2O e sali
cellule
precipitate
3- Si estraggono i lipidi con
solvente organico
Trasporti_1
12
4- Si calcola Stotale cellulare degli eritrociti in soluzione di cui si conosce
la densità:
Stotale cellulare = Scellula x densità x volume
numero di cellule
5- Si disperdono i lipidi su una superficie acquosa:
6- Si spinge la
sbarretta in modo da
comprimere i lipidi fino
a raggiungere il
minimo di S occupata.
Ciò avviene quando la
forza misurata
aumenta
improvvisamente
7- Si misura la Slipidica
Risultato
Slipidica = 2Stotale cellulare
Trasporti_1
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La membrana cellulare come “separatore” dei
liquidi intra- ed extracellulari
Concentrazioni (mM) dei soluti nei liquidi
intra- ed extracellulari
SOLUTO
K+
Na+
Mg2+
Ca2+
ClHCO3HPO2Aminoacidi
Glucosio
ATP
Proteine
intracellulare
140
10
0.8
<.001
4
10
95
8
1
4
55
extracellulare
4
140
1.5
1.8
115
25
2
2
5.6
0
0.2
La membrana agisce come barriera tra i liquidi intracellulare
ed extracellulare (vedi tabella)
La membrana permette lo scambio tra cellula e liquido
interstiziale di: gas (O2 e CO2), ioni inorganici, grandi molecole
organiche (aminoacidi, glucosio, acidi grassi, vitamine)
utilizzando vari tipi di trasporto.
Trasporti_1
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OSMOSI
1o caso – Membrana permeabile al soluto e all’H2O
2o caso – Membrana permeabile all’H2O ma non al soluto
La Posm genera una Pidrostatica ai capi della membrana
Posm = k1C
C = concentrazione del soluto
Posm = k2T
T Trasporti_1
= temperatura
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- Per la Posm vale la stessa legge dei gas
n=
R=
T=
V=
Posm = nRT/V
Legge di Van’t Hoff
numero di moli
costante dei gas (0.082 l atm/K mol)
temperatura (gradi Kelvin)
volume (litri)
Esempio: La Posm di una soluzione di NaCl 0.1 M a 25o C
(coefficiente di attività del NaCl = 0.78)
P = (2 x 0.1 x 0.78) x 0.082 x 298
3.8 atmosfere
Osmolarità e tonicità in biologia
- L’osmolarità di una soluzione fisiologica è circa 0.3 osmol
(300 mosmol)
- Variazioni di Pext da 0.3 osmol di soluti impermeanti causano
spostamenti di H2O da o verso l’interno della cellula con
conseguenti diminuzioni o aumenti del volume cellulare
Eritrociti: Pext
isotonica
ipertonica
ipotonica
Trasporti_1
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Osmolarità e tonicità coincidono se i soluti dentro e
fuori della cellula sono impermeanti
Se il soluto dentro o fuori dalla cellula permea attraverso la
membrana, osmolarità e tonicità non coincidono
Nel caso illustrato, una soluzione esterna isoosmotica di urea
risulta ipotonica