MEMBRANE
E
TRASPORTO
Ruolo svolto dalla membrana plasmatica
-mantenere la permeabilità selettiva di
piccole e grandi molecole
-accumulo di nutrienti cellulari
-controllo del flusso di informazioni
-trasduzione dell’energia
-movimento cellulare
-riproduzione
-compartimentazione intracellulare
I lipidi anfipatici formano spontaneamente strutture aggregate
formule di struttura
di alcuni acidi grassi
C18
16:0
18:2
18:0
18:3
18:1
20:4
I doppi legami che si trovano negli acidi grassi sono quasi sempre
nella configurazione cis.
L’incidenza di malattie cardiovascolari è correlata a diete ricche di
acidi grassi saturi.
Acidi grassi essenziali: acido linoleico (18:2),
acido linolenico (18:3)
acido arachidonico (
prostaglandine )
La forma di accumulo dei lipidi e costituita dai triacilgliceroli
TRIACILGLICEROLI ( O TRIGLICERIDI)
I triacilgliceroli si trovano principalmente nel tessuto adiposo
Circa il 50% degli acidi grassi presenti nei fosfolipidi di membrana
sono insaturi (posizione cis).
I lipidi di membrana più rappresentati sono di tre tipi:
fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo
Struttura schematica di un fosfolipide
STRUTTURA SCHEMATICA DI UN
GLICEROFOSFOLIPIDE
L’alcol può essere etanolamina, colina, serina, inositolo.
Azione delle fosfolipasi
fosfolipasi A2
(nei veleni di api e
serpenti)
fosfolipasi A2
fosfolipasi C
fosfolipasi D
potente detergente che
distrugge le membrane
cellulari
Quando al cerammide si lega una sola molecola di glucosio o galattosio
si forma un cerebroside.
Quando al cerammide si legano 3 o più zuccheri, di cui uno è un acido sialico,
si forma un ganglioside.
I GANGLIOSIDI
sono glicosfingolipidi complessi e costituiscono una frazione significativa dei lipidi
del cervello.
Le teste polari costituite da oligosaccaridi si estendono al di fuori della superficie
della cellula e agiscono come recettori specifici per certi ormoni di natura
glicoproteica che regolano molte funzioni fisiologiche.
FOSFOLIPIDI DI MEMBRANA
sintetizzati nel reticolo endoplasmatico
PLEP Phospholipid Exchange Proteins
organelli cellulari
Quando i fosfolipidi vengono messi in acqua
formano spontaneamente e rapidamente
doppi strati
(con un singolo doppio strato lipidico)
liposomi
utilizzati come sistemi di somministrazione
di medicinali ed enzimi per applicazioni terapeutiche
(con più doppi strati lipidici)
I liposomi possono essere usati per introdurre agenti di contrasto per procedure diagnostiche
per immagini
fegato
cistifellea
costole
colonna vertebrale
massa tumorale
Un’immagine di tomografia computerizzata (CT) della parte superiore dell’addome di un cane,
in seguito alla somministrazione di iodio incapsulato in liposomi
Il modello a mosaico fluido della struttura della membrana proposto da
S.J. Singer e G.L. Nicolson nel 1972
Membrana degli eritrociti umani
I fosfolipidi sono disposti in maniera asimmetrica nella maggior parte
delle membrane
La carica totale sulla superficie esterna ed interna di una membrana dipende dalla
distribuzione dei lipidi.
Le differenze di carica che si determinano influenzano il potenziale di membrana
che modula l’attività di alcuni canali ionici.
Il modello a mosaico fluido permette il movimento laterale (rapido) e il
trasferimento trasversale (molto lento)
I fosfolipidi possono essere trasferiti sull’altro lato del doppio strato della
membrana per azione di proteine dette flippasi.
Negli eritrociti l’attività di flippasi ATP-dipendente è responsabile del
mantenimento della diversa distribuzione dei lipidi.
Proteine integrali di membrana
proteine con un singolo segmento
transmembrana
la glicoforina A si dispone attraverso
la membrana degli eritrociti umani
mediante un singolo segmento
transmembrana ad a elica
Al dominio extracellulare sono
attaccate diverse unità di
oligosaccaridi che costituiscono i
determinanti antigenici dei gruppi
sanguigni AB0 e MN
rilasciata dai mastociti del tessuto connettivo lasso, si lega ai
recettori H1 dell’istamina (proteine integrali di membrana)
-aumento di permeabilità dei capillari (passaggio
degli anticorpi dai capillari ai tessuti)
-restrizione del lume bronchiale
antagonisti dei recettori H1 dell’istamina
La struttura dell’istamina e di tre farmaci antistaminici
La gemmazione e la fusione di membrane stanno alla base di alcuni
processi biologici importanti
Endocitosi mediata da recettore
Rilascio del neurotrasmettitore
I lipid raft servono a trasferire messaggi chimici
Rappresentazione schematica di una sinapsi
L’acetilcolina depolarizza la membrana postsinaptica
aumentando la conduttanza per gli ioni Na+ e K+
Rappresentazione schematica della forma
chiusa del recettore canale per
l’acetilcolina
Apertura del poro del recettore canale
TRASPORTO DI MEMBRANA:
diffusione passiva
Diffusione facilitata
-proteina canale: consente il passaggio, per diffusione secondo gradiente,
di acqua ed elettroliti
-proteina carrier: consente il passaggio, per diffusione secondo gradiente,
di nutrienti e metaboliti
Caratteristiche: specificità e saturabilità
uniporto: trasporto di un’unica molecola
cotrasporto:trasporto di più molecole
sinporto
antiporto
I cotrasportatori impiegano un gradiente
di concentrazione per favorire la
formazione di un altro gradiente
Nell’antiporto le due specie chimiche si
muovono in direzioni opposte
Nel simporto le due specie chimiche si
muovono nella stessa direzione
La diffusione passiva e la diffusione facilitata possono essere distinte
graficamente
Modello per la disposizione della proteina di trasporto del glucosio
(12 segmenti ad elica transmembrana) nella membrana degli eritrociti
GLUT4
nel muscolo e
nelle cellule adipose
Rappresentazione idropatica della proteina trasportatrice degli anioni
Questo sistema di trasporto opera uno scambio uno a uno di Cl- e
HCO3- in modo tale che il processo di trasporto finale risulti
elettricamente neutro.
Disegni schematici di ionofori trasportatori mobili e ionofori che
formano canali
Il sistema di trasporto attivo richiede energia fornita dall’idrolisi
dell’ATP ed avviene contro gradiente di concentrazione
Tutte le cellule animali espellono ioni Na+ e accumulano ioni K+ in
modo attivo.
Disegno schematico della
Na+/K+- ATPasi
L’idrolisi dell’ATP avviene dal lato
citoplasmatico della membrana.
Gli ioni Na+ vengono trasportati fuori
della cellula e gli ioni K+ vengono
portati dentro
La Na+/K+ - ATPasi converte l’energia libera del trasferimento del gruppo
fosforico nell’energia libera di un gradiente di ioni Na+. Il gradiente ionico
può poi essere utilizzato per pompare sostanze nella cellula (cotrasportatore
per il simporto Na+-glucosio)
La digitossigenina e la ouabaina sono
steroidi cardiotonici:
inibiscono la Na+/K+- ATPasi e il trasporto
di ioni stimolando la contrazione del muscolo
cardiaco
La multiresistenza ai farmaci e la
fibrosi cistica pongono in rilievo
una famiglia di proteine di membrana
con domini che legano ATP
MDR e CFTR sono proteine omologhe
costituite da due domini transmembrana
e da due domini che legano l’ATP (ABC=
ATP binding cassette)
utilizza ATP per trasportare fuori dalla cellula un’ampia
varietà di farmaci
utilizza ATP per trasportare fuori dalla cellula Cl-
pH 7.4
pH 1
gradiente di pH
La H+, K+-ATPasi delle cellule della mucosa gastrica media il trasporto
dei protoni nello stomaco
Il rimodellamento osseo è effettuato dalle pompe protoniche degli
osteoclasti
Le pompe protoniche si ammassano sul lato arricciato della membrana degli
osteoclasti e pompano protoni nello spazio tra la membrana cellulare e la
superficie dell’osso. L’alta concentrazione protonica che si viene a formare
in questo spazio solubilizza la matrice minerale dell’osso.