4. Membrana e costituenti cell, composizione, storia, funzioni, fosfolipidi, fluidità, proteine, giunzioni

Proteine estrinseche e intrinseche. Prot intr in verde, o

transmembrana o integrali. Generalmente sporgono da uno dei due

lati o da entrambi. Quelle estr o periferiche non attraversano la

membr, ma sono associate alla membrana in modo generalmente

transitorio, ci sono momenti in cui aderiscono alla membrana e altri in

cui no.

Glucidi o carboidrati li troviamo sottoforma di glicolipidi e glicoproteine.

Queste catene sono sempre collegate sul lato est.

Le % sono riferite al peso. Quelle tra parentesi sono % in numero. I

fosfolipidi sono in numero maggiore ma pesano di meno rispetto alle

proteine, che sono più grosse e +dense. Le proteine presenti nelle

membrane cellulari costituiscono una rilevante parte del peso della

membrana complessiva: 25% nelle cellule mieliniche (0.5% del numero)

50% nella maggioranza delle cellule eucariote (1%) 70% nelle

membrane

delle cellule della retina (1.4%) 75% nelle membrane dei mitocondri

(1.5%)

Le proteine interagiscono con la membrana per la presenza in essa di

regioni idrofobiche. Queste parti idrofobiche posso essere strutture

beta o alphaeliche.

Le proteine transmembrana devono avere sia regioni polari che

apolari, quelle polari sporgono quelle apolari stanno all interno.

Le proteine estrinseche, all esterno o all interno, aderiscono alla

membrana mediante associazioni, no leg cov, xinterazioni con le teste

polari dei lipidi o altre proteine già presenti nella membrana e sono

quindi idrofiliche

Proteine transmembrana:

Possono attraversare i due foglietti della membrana o con una α-elica o

con più α-eliche o con sistemi di β sheets denominati β-barrel costituiti

da un elevato numero di β-sheets disposti circolarmente (anche oltre 20).

Queste parti idrofobiche si inseriscono nello strato interno della

membrana.

Single pass o monotopiche: attraversano una sola volta, con 1 alpha

elica. Multi pass o politopiche: attraversano più volte, con + alpha

eliche, formano dei loop.

Quelle contenenti i beta-sheets formano strutture a barilotto o a

clessidra.

Poi ci sono le lipid-anchored proteins. Agganciate ai lipidi con una

catena idrocarburica, che costituisce la porzione idrofobica che si

inserisce nel doppio strato, la quale è legata covalentemente alla

porzione idrofilica.

Stanno lì. Ua volta inserita nella membr servono forze elevate per

toglierle, servono degli enzimi di taglio es prot precursori amiloidi

tagliate dalle secretasi.

Proteine periferiche:

Non si inseriscono nel doppio strato lipidico, ma si associano alla sua

superficie, intra- o extra-cellulare, interagendo con la testa polare

dei lipidi o con le proteine integrali, mediante leg secondari

elettrostatici a H o di vdw.

La loro associazione con la membrana è transitoria, si sono fasi in cui

aderiscono e fasi in cui sono distaccate. È soggetta a regolazione

mediante attivazione delle proteine stesse o dei substrati ai quali esse

aderiscono, tramite processi chimici che inducono cambiamenti

conformazionali. Le proteine periferiche possono quindi spostarsi fra

citoplasma e membrana plasmatica a seconda delle necessità funzionali

della cellula.

Funzioni principali membrana citoplasmatica:

Trattenere le sostanze all interno della cellula. Dobbiamo avere

certi soluti zuccheri ioni in concentrazione maggiore dentro la cell. I

soluti tenderebbero a uscire, l acqua a entrare (osmosi), per

raggiungere l equilibrio. Il flusso libero di sostanze è impedito dalla

membrana che quindi è una barriera osmotica.

E’ selettiva. Sceglie cosa far entrare e cosa uscire. Fa entrare

nutrienti e uscire

prodotti di scarto delle reazioni all interno. Il passaggio non può essere

libero ma dev essere regolato. Alcune molecole possono attraversare

liberamente la membr. Acqua, gas, piccole molecole apolari. Xchè

essendo di piccole dimensioni riescono a passare attraverso le fessure

tra le catene dei lipidi. La maggior parte delle molecole non può

passare. Le molecole polari rimarrebbero intrappolate nello strato

lipidico. Quindi si usa un trasporto mediato da proteine. L acqua ha

un suo coefficiente di diffusione ma statisticamente. E ci sono le

acquaporine che gestiscono il passaggio.

Funzione di sintesi. Contiene enzimi specializzati per:

- Sintesi dei costituenti di membrana. C è continuamente un

ricambio dei costituenti.

- Assemblaggio parete cell batterica x ovviare all assenza di

colesterolo.

- Secrezione proteine, esocitosi e veicolazione di vescicole.

Produzione di energia. Molte cellule utilizzano i processi respiratori

per produrre energia. Durante la respirazione: rottura di composti che

contengono elettroni/protoni ad elevata energia e rilascio di tali

elettroni/protoni. Gli elettroni/protoni si muovono attraverso la

membrana seguendo un gradiente chimico e vengono catturati da

specifici accettori di elettroni/protoni. I protoni sono spinti verso

l’esterno e il lato esterno della membrana si carica positivamente

mentre quello interno è carico negativamente (si ha quindi un

gradiente elettrico, come in una batteria carica: -200mV). L’energia

(gradiente di concentrazione + gradiente elettrico) può essere utilizzata

direttamente (proton motive force) o canalizzata in proteine specifiche

(ATP sintetasi, che convertono ADP in ATP). CELLULE FOTOSINTETICHE:

Gli elettroni vengono eccitati dalla luce, passano attraverso dei

trasportatori di elettroni, si genera un processo proton motive force che

produce ATP.

Funzioni delle proteine trasmembrana:

Barriera osmotica selettiva quindi devono gestire il trasporto delle

molecole e degli ioni. Trasporto o passivo (prot canale) o attivo (prot

carrier), passivo secondo gradiente, attivo contro gradiente dietro

dispendio di energia.

Funzione strutturale meccanica. Punto di ancoraggio per strutture

intra o extracell, prot di coniugazione o che poi si legano al

citoscheletro. Oppure ancoraggio per prot di collegamento tra proteine.

I linker sono degli intermediari. Possono collegare molecole che devono

stare vicine.

Recettori. Sono prot variegate. Riconoscimento molecolare, di

segnali.xfunz di controllo metabolico, di ormoni, farmaci, tossine, funz di

differenziamento e trigger per la proliferazione cell.

Riconoscimento cell-cell. ad es per formare un tessuto o per rigettare

la cell. Quindi per le giunzioni

Enzimi. Soprattutto nei mitocondri.

Le prot carrier hanno una forma che le rende affini a sostanze

specifiche, es per interazioni elettrostatiche e altro. I carrier sono

specifici soprattutto per famiglie di sostanze più che per una singola

sostanza, es gruppi di amminoacidi con proprietà simili.

La pompa sodio-potassio è un esempio di prot carrier antiporto che

lavora in attivo grazie all atp. 3 ioni sodio Na2+ escono verso l est

dove la loro [] è già alta. 2 ioni potassio K+ entrano. Il trasporto di

sodio e potassio non avviene contemporaneamente ma in sequenza.

Quando l atp si lega al carrier il carrier cambia conformazione e diventa

in grado di attrarre gli ioni sodio. poi l atp si trasforma in adp più il

gruppo fosfato P che rimane legato, così la tasca si chiude e si apre

dall altrp lato, e non è più attractive per il sodio che se ne va

spontaneamente. Questa configurazione è però attractive per il potassio

che si lega. Il gruppo fosfato che era ancora legato se ne va così la

tasca si chiude e poi si riapre e rilascia il potassio. Questo carrier è un

cotrasportatore ma altri tipo quelli per gli amminoacidi trasportano

solo in una direzione senza scambi.

Giunzioni di membrana

Le cell generalmente non sono isolate, sono immerse nella ecm con

altre cell di stesso tipo o simili. Di solito si dispongono in layer

insieme ad altre cell e formano strutture poligonali. Ogni cell si collega

in modo stabile a cell adiacenti. Un processo di riconoscimento

tramite recettori porta all adesione delle membrane con la formazione

di giunzioni stabili.

Le giunzioni sono di 2 tipi. Una gestisce il passaggio di sostanze e

informazioni, fa da comunicazione tra cell cioè le gap junction. Le

altre giunz sono quelle che legano le membrane con tanti punti di

aggancio con collegamenti molto stretti, le tight junction. È tipica

delle cell polarizzate, come quelle degli epiteli, cioè da un lato sono

specializzate per una certa funzione e dall altro per un'altra.

Gap junctions

Le gap junctions sono costituite da emicanali chiamati connessoni,

ovvero si hanno metà canali su una membrana e metà su quella

adiacente. I connessoni sono formati da un cluster di 6 connessine

poste in configurazione simmetrica. Ogni coppia di connessoni

interfacciati si uniscono.

Regolano il traffico di sostanze x veicolare messaggi. Questi si

trovano in cell muscolari cardiache ad es. x segnali elettrici.

Le connessine sono cellula-specifiche quindi ci sono connessoni di

tipi diversi a seconda del tipo di cell.

Si formano quindi placche di connessoni. Nell immagine si è congelato

e poi si è separato sul piano di frattura intercellulare. Tanti

cerchiolini con forma regolare con le 6 connessine.

Vedo che c è una differenza. Sul lato interno della membrana cell

vedo tante strutture rotonde ma unite, non distinguo le connessine.

Dove ho l interfaccia tra le due cell si formano leg stabili tra

proteine, quindi non si muovono. Verso l esterno invece la struttura è

meno stabile, meno ordinata a causa della presenza e dell interazione

con l acqua, ma non si chiudono i pori comunque.

A sinistra. Cell fissate quindi morte e poi si è aggiunto un colorante fluo

che marca i connessoni per vedere dove sono localizzati. Sono cell

confluenti disposte a monolayer, cioè che hanno occupato tutto lo

spazio disponibile e si sono unite. I connessoni sono concentrati sui

bordi dove si formano le giunzioni. C è uno spicchio all interno: è l

apparato del golgi, perché gestisce le vescicole contenenti

connessoni che verranno portati verso il bordo. La regione più

scura è il nucleo. I cerchiolini interni sono le vescicole che li trasportano.

Alta fluorescenza.

A destra. La cell isolata lontana non ancora unita alle altre, non ha

ancora costruito tutti i connessoni, la fluorescenza è più bassa.

Per vedere dove si trova una proteina. Posso marcare le proteine.

Una delle marcature più note usa la green fluorescent protein (GFP).

È una proteina relativamente piccola, a clessidra o beta barrel, è

fluorescente nel verde quindi le prot legate emetteranno verde.

Qui sono stati modificati i terminali C delle connessine per

permettere il legame con la GFP. Bisogna assicurarsi che il

collegamento con la GFP non modifichi la funzionalità della connessina,

GFP non interferisce con la formazione delle